GIF档案格式（GIF file）

GIF档案格式採用了可变长度的压缩编码和其它一些有效的压缩算法，按行扫描迅速解码，且与硬体无关。它支持256种颜色的彩色图像，并且在一个GIF档案中可以记录多幅图像。包括档案头（Head Block）、注释块（Comment Block）、循环块（Loop Block）、控制块（Control Block）、GIF图像块（Image Block）、文本块（Plain Text Block）、附加块（Application Block）。

GIF档案格式採用了一种经过改进的LZW压缩算法，通常我们称之为GIF-LZW算法。这是一种无损的压缩算法，压缩效率也比较高，并且GIF支持在一幅GIF档案中存放多幅彩色图像，并且可以按照一定的顺序和时间间隔将多幅图像依次读出并显示在萤幕上，这样就可以形成一种简单的动画效果。儘管GIF最多只支持256色，但是由于它具有极佳的压缩效率并且可以做成动画而早已被广泛接纳採用。下面笔者详细介绍GIF档案的格式。

GIF图像档案是以块的形式来存储图像信息，其中的块又称为区域结构。按照其中块的特徵又可以将所有的块分成三大类，分别是控制块（Control Block）、图像描述块（Graphic Rendering Block）和特殊用途块（Special Purpose Block）。控制块包含了控制数据流的处理以及硬体参数的设定，其成员主要包括档案头信息、逻辑萤幕描述块、图像控制扩充块和档案结尾块。图像描述块包含了在显示设备上描述图像所需的信息，其成员包括图像描述块、全局调色板、局部调色板、图像压缩数据和图像说明扩充块。特殊用途块包含了与图像数据处理无直接关係的信息，其成员包括图像注释扩充块和应用程式扩充块。下面详细介绍每一个块的详细结构。

1. 档案头信息

GIF的档案头只有六个位元组，其结构定义如下：

typedef struct gifheader

{

BYTE bySignature[3];

BYTE byVersion[3];

} GIFHEADER;

其中，bySignature为GIF档案标示码，其固定值为“GIF”，使用者可以通过该域来判断一个图像档案是否是GIF图像格式的档案。byVersion表明GIF档案的版本信息。其取值固定为“87a”和“89a”。分别表示GIF档案的版本为GIF87a或GIF89a。这两个版本有一些不同，GIF87a公布的时间为1987年，该版本不支持动画和一些扩展属性。GIF89a是1989年确定的一个版本标準，只有89a版本才支持动画、注释扩展和文本扩展。

2. 逻辑萤幕描述块

逻辑萤幕（Logical Screen）是一个虚拟萤幕（Virtual Screen），它相当于画布，所有的操作都是在它的基础上进行的，同时它也决定了图像的长度和宽度。逻辑萤幕描述块共占有七个位元组，其具体结构定义如下：

typedef struct gifscrdesc

{

WORD wWidth;

WORD wDepth;

struct globalflag

{

BYTE PalBits : 3;

BYTE SortFlag : 1;

BYTE ColorRes : 3;

BYTE GlobalPal : 1;

} GlobalFlag;

BYTE byBackground;

BYTE byAspect;

} GIFSCRDESC;

其中，wWidth用来指定逻辑萤幕的宽度，wDepth用来指定逻辑萤幕的高度，glaobalflag为全域性数据，它的总长度为一个位元组，其中前三位（第0位到第2位）指定全局调色板的位数，可以通过该值来计算全局调色板的大小。第3位表明全局调色板中的RGB颜色值是否按照使用率进行从高到低的次序排序的。第4到第6位指定图像的色彩解析度。第7位指明GIF档案中是否具有全局调色板，其值取1表示有全局调色板，为0表示没有全局调色板。一个GIF档案可以有全局调色板也可以没有全局调色板，如果定义了全局调色板并且没有定义某一幅图像的局部调色板，则本幅图像採用全局调色板；如果某一幅图像定义的自己的局部调色板，则该幅图像使用自己的局部调色板。如果没有定义全局调色板，则GIF档案中的每一幅图像都必须定义自己的局部调色板。全局调色板必须紧跟在逻辑萤幕描述块的后面，其大小由GlobalFlag.PalBits决定，其最大长度为768（3*256）位元组。全局调色板的数据是按照RGBRGB…..RGB的方式存储的。byBackground用来指定逻辑萤幕的背景颜色，也就相当于是画布的颜色。当图像长宽小于逻辑萤幕的大小时，未被图像覆盖部分的颜色值由该值对应的全局调色板中的索引颜色值确定。如果没有全局调色板，该值无效，默认背景颜色为黑色。byAspect用来指定逻辑萤幕的像素的长宽比例。

3. 图像描述块

一幅GIF图像档案中可以存储多幅图像，并且这些图像没有固定的存放次序。为了区分两幅图像，GIF採用了一个位元组的识别码（Image Separator）来判断下面的数据是否是图像描述块。图像描述块以0x2C开始，定义紧接着它的图像的性质，包括图像相对于逻辑萤幕边界的偏移量、图像大小以及有无局部调色板和调色板的大小。图像描述块由10个位元组组成：

typedef struct gifimage

{

WORD wLeft;

WORD wTop;

WORD wWidth;

WORD wDepth;

struct localflag

{

BYTE PalBits : 3;

BYTE Reserved : 2;

BYTE SortFlag : 1;

BYTE Interlace : 1;

BYTE LocalPal : 1;

} LocalFlag;

} GIFIMAGE;

其中，wLeft用来指定图像相对逻辑萤幕左上角的X坐标，以象素为单位。wTop用来指定图像相对逻辑萤幕左上角的Y坐标。wWdith和wDepth分别用来指定图像的宽度和高度。LocalFlag用来指定区域性数据，也就是具体一幅图像的属性。LocalFlag的总长度为一个位元组，其中的前三位用来指定局部调色板的位数，可以根据该值来计算局部调色板的大小。第4位到第5位为保留位，没有使用，其值固定为0。第6位指明局部调色板中的RGB颜色值是否经过排序，其值为1表示调色板中的RGB颜色值是按照其使用率从高到底的次序进行排序。第7位表示GIF图像是否以交错方式存储，其取值为1表示以交错的方式进行存储。当图像是按照交错方式存储时，其图像数据的处理可以分为4个阶段：第一阶段从第0行开始，每次间隔8行进行处理；第二阶段从第4行开始，每次间隔8行进行处理；第三阶段从第2行开始，每次间隔4行进行处理；第四阶段从第1行开始，每次间隔2行进行处理，这样当完成第一阶段时就可以看到图像的概貌，当处理完第二阶段时，图像会变得清晰一些；当处理完第三阶段时，图像处理完成一半，清晰效果也进一步增强，当完成第四阶段，图像处理完毕，显示出完整清晰的整幅图像。以交错方式存储是GIF档案格式的一个重要的特点，也是GIF档案格式的一个重要的优点。以交错方式存储的图像的好处就是无需将整个图像档案解压完成就可以看到图像的概貌，这样可以减少用户的等待时间。第8位指明GIF图像是否含有局部调色板，如果含有局部调色板，则局部调色板的内容应当紧跟在图像描述块的后面。

4. 图像压缩数据

图像压缩数据是按照GIF-LZW压缩编码后存储于图像压缩数据块中的。GIF-LZW编码是一种经过改良的LZW编码方式，它是一种无损压缩的编码方法。GIF-LZW编码方法是将原始数据中的重複字元串建立一个字元串表，然后用该重複字元串在字元串表中的索引来替代原始数据以达到压缩的目的。由于GIF-LZW压缩编码的需要，必须首先存储GIF-LZW的最小编码长度以供解码程式使用，然后再存储编码后的图像数据。编码后的图像数据是一个个数据子块的方式存储的，每个数据子块的最大长度为256位元组。数据子块的第一个位元组指定该数据子块的长度，接下来的数据为数据子块的内容。如果某个数据子块的第一个位元组数值为0，即该数据子块中没有包含任何有用数据，则该子块称为块终结符，用来标识数据子块到此结束。

5. 图像控制扩充块

图像控制扩充块是可选的，只套用于89a版本，它描述了与图像控制相关的参数。一般情况下，图像控制扩充块位于一个图像块（包括图像标识符、局部颜色列表和图像数据）或文本扩展块的前面，用来控制跟在它后面的第一个图像（或文本）的渲染（Render）形式，组成结构如下：

typedef struct gifcontrol

{

BYTE byBlockSize;

struct flag

{

BYTE Transparency : 1;

BYTE UserInput : 1;

BYTE DisposalMethod : 3;

BYTE Reserved : 3;

} Flag;

WORD wDelayTime;

BYTE byTransparencyIndex;

BYTE byTerminator;

} GIFCONTROL;

其中，byBlockSize用来指定该图像控制扩充块的长度，其取值固定为4。Flag用来描述图像控制相关数据，它的长度为1个位元组。它的第0位用来指定图像中是否具有透明性的颜色，如果该位为1，这表明图像中某种颜色具有透明性，该颜色由参数byTransparencyIndex指定。第一位用来判断在显示一幅图像后，是否需要用户输入后再进行下一个动作。如果该位为1，则表示应用程式在进行下一个动作之前需要用户输入。第2-4位用来指定图像显示后的处理方式，当该值为0时，表示没有指定任何处理方式；当该值为1时，表明不进行任何处理动作；当该值为2时，表明图像显示后以背景色擦去；当该值为3时，表明图像显示后恢复原先的背景图像。第5-7位为保留位，没有任何含义，固定为0。wDelayTime用来指定应用程式进行下一步操作之前延迟的时间，单位为0.01秒。如果Flag.UserInput和wDelayTime都设定了，则以先发者为主，如果没有到指定的延迟时间即有用户输入，则应用程式直接进行下一步操作。如果到达延迟时间后还没有用户输入，应用程式也直接进入下一步操作。byTransparenceIndex用来指定图像中透明色的颜色索引，指定的透明色将不在显示设备上显示。byTerminator为块终结符，其值固定为0。

6. 图像说明扩充块

图像说明扩充块又可以称为图像文本扩展块，它用来绘製一个简单的文本图像，这一部分由用来绘製的纯文本数据（7位的 ASCII字元）和控制绘製的参数等组成。绘製文本藉助于一个文本框（Text Grid）来定义边界，在文本框中划分多个单元格，每个字元占用一个单元，绘製时按从左到右、从上到下的顺序依次进行，直到最后一个字元或者占满整个文本框（之后的字元将被忽略，因此定义文本框的大小时应该注意到是否可以容纳整个文本），绘製文本的颜色使用全局颜色列表，没有则可以使用一个已经保存的前一个颜色列表。另外，图形文本扩展块也属于图形块(Graphic Rendering Block)，可以在它前面定义图形控制扩展对它的表现形式进一步修改。图像说明扩充块的组成：

typedef struct gifplaintext

{

BYTE byBlockSize;

WORD wTextGridLeft;

WORD wTextGridTop;

WORD wTextGridWidth;

WORD wTextGridDepth;

BYTE byCharCellWidth;

BYTE byCharCellDepth;

BYTE byForeColorIndex;

BYTE byBackColorIndex;

} GIFPLAINTEXT;

其中，byBlockSize用来指定该图像扩充块的长度，其取值固定为13。wTextGridLeft用来指定文字显示方格相对于逻辑萤幕左上角的X坐标（以像素为单位）。wTextGridTop用来指定文字显示方格相对于逻辑萤幕左上角的Y坐标。wTextGridWidth用来指定文字显示方格的宽度。wTextGridDepth用来指定文字显示方格的高度。byCharCellWidth用来指定字元的宽度，byCharCellDepth用来指定字元的高度。byForeColorIndex用来指定字元的前景色，byBackColorIndex用来指定字元的背景色。

7. 图像注释扩充块

图像注释扩充块包含了图像的文字注释说明，可以用来记录图形、着作权、描述等任何的非图形和控制的纯文本数据(7位的ASCII字元)，注释扩展并不影响对图象数据流的处理，解码器完全可以忽略它。存放位置可以是数据流的任何地方，最好不要妨碍控制和数据块，推荐放在数据流的开始或结尾。在GIF中用识别码0xFF来判断一个扩充块是否为图像注释扩充块。图像注释扩充块中的数据子块个数不限，必须通过块终结符来判断该扩充块是否结束。

8. 应用程式扩充块

应用程式扩充块包含了製作该GIF图像档案的应用程式的信息，GIF中用识别码0xFF来判断一个扩充块是否为应用程式扩充块。它的结构定义如下：

typedef struct gifapplication

{

BYTE byBlockSize;

BYTE byIdentifier[8];

BYTE byAuthentication[3];

} GIFAPPLICATION;

其中，byBlockSize用来指定该应用程式扩充块的长度，其取值固定为12。byIdentifier用来指定应用程式名称。byAuthentication用来指定应用程式的识别码。

9. 档案结尾块

档案结尾块为GIF图像档案的最后一个位元组，其取值固定为0x3B。