圖像解碼之三——giflib解碼gif圖片

前面已經介紹過了libjpeg解碼jpeg圖片和libpng解碼png圖片，本文將會介紹怎樣用giflib解碼gif圖片。giflib可以在這里下載。

gif文件格式簡單介紹

    在解碼jpeg圖片和png圖片的時候我們不需要對jpeg和png文件格式有了解就可以解碼了（了解jpeg和png當然更好），但是在使用giflib解碼gif的時候，我們必須要對gif文件有很簡單的了解。

    gif文件中可以存放一幀或者多幀圖像數據，並且可以存放圖像控制信息，因此可以存儲動畫圖片。

    gif文件由文件頭開頭，文件尾結尾，中間是一些連續的數據塊（block）。這些數據塊又分為圖像數據塊和擴展數據塊（extension），圖像數據塊可以理解成存放一幀的圖像數據。擴展數據塊存放的是一些輔助信息，比如指示怎樣顯示圖像數據等等。

    gif文件中的圖像基於調色板的，因此一張gif文件中的圖像最多只能有255中顏色，因此gif文件只能存儲比較簡單的圖像。gif文件中有兩種調色板 ——全局調色板和圖像局部調色板。當一幀圖像有局部調色板時，則以局部調色板來解碼該幀圖像，如果該幀圖像沒有局部調色板則用全局調色板來解碼該圖像。

    更詳細的信息可以查閱giflib的文檔中的gif89.txt文件，或者在網絡搜索相關的信息。

giflib中數據類型

    在giflib中最重要的數據類型為GifFileType，定義如下：

typedef struct GifFileType {
    int SWidth, SHeight,                   /* Screen dimensions. */
    SColorResolution,          /* How many colors can we generate? */
    SBackGroundColor;        /* I hope you understand this one... */
    ColorMapObject *SColorMap;                  /* NULL if not exists. */
    int ImageCount;                  /* Number of current image */
    GifImageDesc Image;               /* Block describing current image */
    struct SavedImage *SavedImages;    /* Use this to accumulate file state */
    VoidPtr Private;      /* The regular user should not mess with this one! */
} GifFileType

    以上代碼來自gif_lib.h文件，使用giflib庫解碼gif文件都需要包含這個文件。

1、以S開頭的變量標識屏幕（Screen）。SaveImages變量用來存儲已經讀取過得圖像數據。

2、Private變量用來保存giflib私有數據，用戶不應該訪問該變量。

3、其他變量都標識當前圖像。

初始化giflib

    初四化giflib比較簡單，只需要打開相應的gif數據就可以了。giflib和libpng一樣提供了兩種打開源數據的方式，一種是以文件流方式打開gif文件，另外一種用戶可以自定義輸入回調函數給giflib來完成初始化。

    文件流初始化giflib的代碼如下：

if ((GifFile = DGifOpenFileName(*FileName)) == NULL) {
    PrintGifError();
    exit(EXIT_FAILURE);
}

    也可以以文件句柄方式初始化giflib，例如：

if ((GifFile = DGifOpenFileHandle(0)) == NULL) {
    PrintGifError();
    exit(EXIT_FAILURE);
}

    重點介紹一下怎樣用自定義輸入回調函數來初始化giflib，因為這個可以適配各式各樣的數據輸入方式比如網絡等，參考代碼如下：

if ((GifFile = DGifOpen(&gif, gif_input_cb)) == NULL) {
    PrintGifError();
    exit(EXIT_FAILURE);
}

    gif_input_cb為自定義輸入回調函數，該函數負責giflib的數據輸入。

    我們另外需要注意以上三個函數都返回一個GifFileType類型的指針，該指針以后在調用giflib的函數時，用作第一個參數傳入。

初始化屏幕

    所有的gif圖像共享一個屏幕（Screen），這個屏幕和我們的電腦屏幕不同，只是一個邏輯概念。所有的圖像都會繪制到屏幕上面。

    首先我們需要給屏幕分配內存：

if ((ScreenBuffer = (GifRowType *)
        malloc(GifFile->SHeight * sizeof(GifRowType *))) == NULL)
        GIF_EXIT("Failed to allocate memory required, aborted.");

    另外我們需要以背景顏色（GifFile->SBackGroundColor）初始化屏幕buffer。

Size = GifFile->SWidth * sizeof(GifPixelType);/* Size in bytes one row.*/
if ((ScreenBuffer[0] = (GifRowType) malloc(Size)) == NULL) /* First row. */
    GIF_EXIT("Failed to allocate memory required, aborted.");

for (i = 0; i < GifFile->SWidth; i++)  /* Set its color to BackGround. */
    ScreenBuffer[0][i] = GifFile->SBackGroundColor;
for (i = 1; i < GifFile->SHeight; i++) {
    /* Allocate the other rows, and set their color to background too: */
    if ((ScreenBuffer[i] = (GifRowType) malloc(Size)) == NULL)
        GIF_EXIT("Failed to allocate memory required, aborted.");

    memcpy(ScreenBuffer[i], ScreenBuffer[0], Size);
}

解碼gif數據

    我們上面已經提到gif數據是以順序存放的塊來存儲的，DGifGetRecordType函數用來獲取下一塊數據的類型。因此解碼gif數據的代碼組織如下：

do {
    if (DGifGetRecordType(GifFile, &RecordType) == GIF_ERROR) {
        PrintGifError();
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    switch (RecordType) {
        case IMAGE_DESC_RECORD_TYPE:
            break;
        case EXTENSION_RECORD_TYPE:
            break;
        case TERMINATE_RECORD_TYPE:
            break;
        default:            /* Should be traps by DGifGetRecordType. */
            break;
    }
} while (RecordType != TERMINATE_RECORD_TYPE);

    循環解析gif數據，並根據不同的類型進行不同的處理。

處理圖像數據

    首先先介紹怎樣處理IMAGE_DESC_RECORD_TYPE類型的數據。這代表這是一個圖像數據塊，這個圖像數據需要繪制到前面提到的屏幕buffer上面，相應的代碼如下：

if (DGifGetImageDesc(GifFile) == GIF_ERROR) {
    PrintGifError();
    exit(EXIT_FAILURE);
}
Row = GifFile->Image.Top; /* Image Position relative to Screen. */
Col = GifFile->Image.Left;
Width = GifFile->Image.Width;
Height = GifFile->Image.Height;
GifQprintf("\n%s: Image %d at (%d, %d) [%dx%d]:     ",
    PROGRAM_NAME, ++ImageNum, Col, Row, Width, Height);
if (GifFile->Image.Left + GifFile->Image.Width > GifFile->SWidth ||
   GifFile->Image.Top + GifFile->Image.Height > GifFile->SHeight) {
    fprintf(stderr, "Image %d is not confined to screen dimension, aborted.\n",ImageNum);
    exit(EXIT_FAILURE);
}
if (GifFile->Image.Interlace) {
    /* Need to perform 4 passes on the images: */
    for (Count = i = 0; i < 4; i++)
        for (j = Row + InterlacedOffset[i]; j < Row + Height;
                     j += InterlacedJumps[i]) {
            GifQprintf("\b\b\b\b%-4d", Count++);
            if (DGifGetLine(GifFile, &ScreenBuffer[j][Col], Width) == GIF_ERROR) {
                PrintGifError();
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        }
}
else {
    for (i = 0; i < Height; i++) {
        GifQprintf("\b\b\b\b%-4d", i);
        if (DGifGetLine(GifFile, &ScreenBuffer[Row++][Col],
            Width) == GIF_ERROR) {
            PrintGifError();
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
}

/* Get the color map */
ColorMap = (GifFile->Image.ColorMap
    ? GifFile->Image.ColorMap
    : GifFile->SColorMap);
if (ColorMap == NULL) {
    fprintf(stderr, "Gif Image does not have a colormap\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

DumpScreen2RGB(OutFileName, OneFileFlag,
       ScreenBuffer, GifFile->SWidth, GifFile->SHeight);

    這里面有幾點需要注意的是：

1、gif數據交織處理，參照上面的代碼。

2、另外注意調色板的選擇，如果當前圖像數據中有局部調色板就用局部調色板來解碼數據，否則用全局調色板來解碼數據。

3、屏幕數據的解碼，根據你的顯示要求選擇輸出格式。

    解析屏幕數據，假設需要把數據轉換成ARGB8888的格式，代碼如下：

static void DumpScreen2RGBA(UINT8* grb_buffer, GifRowType *ScreenBuffer, int ScreenWidth, int ScreenHeight)
{
    int i, j;
    GifRowType GifRow;
    static GifColorType *ColorMapEntry;
    unsigned char *BufferP;

    for (i = 0; i < ScreenHeight; i++) {
        GifRow = ScreenBuffer[i];
        BufferP = grb_buffer + i * (ScreenWidth * 4);
        for (j = 0; j < ScreenWidth; j++) {
            ColorMapEntry = &ColorMap->Colors[GifRow[j]];
            *BufferP++ = ColorMapEntry->Blue;
            *BufferP++ = ColorMapEntry->Green;
            *BufferP++ = ColorMapEntry->Red;
            *BufferP++ = 0xff;
        }
    }
}

    解析屏幕數據的時候需要住處理透明色。這里先埋一個伏筆，等介紹完擴展塊，再來重新實現這個函數。

處理擴展塊

    上面提到擴展塊主要實現一些輔助功能，擴展塊影響其后的圖像數據解碼。這里面比較重要的擴展塊是圖像控制擴展塊（Graphic control extension）。可以參考giflib文檔中的gif89.txt文件了解圖像控制擴展塊的詳細內容。這個擴展塊中有兩個內容我們比較關心：

延時時間（delay time）——后面的圖像延時多長時間再顯示，如果解碼線程不是主線程的話，可以在這里延時一下再處理后面的數據。

透明色（transparent color）——在后面的圖像解碼時，遇到同樣的顏色值，則跳過不解碼，繼續處理后續的點。

    如下是一種可供參考的處理方式：

UINT32 delay = 0;
if( ExtCode == GIF_CONTROL_EXT_CODE
    && Extension[0] == GIF_CONTROL_EXT_SIZE) {
    delay = (Extension[3] << 8 | Extension[2]) * 10;
    /* Can sleep here */
}

/* handle transparent color */
if( (Extension[1] & 1) == 1 ) {
    trans_color = Extension[4];
}
else
    trans_color = -1;

    這里GIF_CONTROL_EXT_CODE為0xF9表明該擴展塊是一個圖像控制擴展塊，GIF_CONTROL_EXT_SIZE為4，圖像控制擴 展塊的大小。我們可以看到解析出delay信息之后，就地delay。解析出透明顏色值之后，則標識透明色，否則標識為-1。解析圖片的時候可以根據透明 色的值進行相應的處理，參考如下解析圖像的函數：

static void DumpScreen2RGBA(UINT8* grb_buffer, GifRowType *ScreenBuffer, int ScreenWidth, int ScreenHeight)
{
    int i, j;
    GifRowType GifRow;
    static GifColorType *ColorMapEntry;
    unsigned char *BufferP;

    for (i = 0; i < ScreenHeight; i++) {
        GifRow = ScreenBuffer[i];
        BufferP = grb_buffer + i * (ScreenWidth * 4);
        for (j = 0; j < ScreenWidth; j++) {
            if( trans_color != -1 && trans_color == GifRow[j] ) {
                 BufferP += 4;
                 continue;
              }

            ColorMapEntry = &ColorMap->Colors[GifRow[j]];
            *BufferP++ = ColorMapEntry->Blue;
            *BufferP++ = ColorMapEntry->Green;
            *BufferP++ = ColorMapEntry->Red;
            *BufferP++ = 0xff;
        }
    }
}

    注意我們這里假設grb_buffer已經正確的初始化，如果他是垃圾數據，那么得到結果肯定是錯誤的。

    至此gif文件解析完成了，gif圖片和gif動畫都可以正確的解析，並顯示了。

總結

    從上面的情況我們看出如果想使用giflib還是需要對gif格式有一個簡單的了解，這點要求比libjpeg和libpng要求要高了一些。至此圖像處理系列已經完成，歡迎大家批評指正。

原文