TIFF 文件格式

標簽圖像文件格式（Tag Image File Format，TIFF）是一種靈活的位圖格式，主要用來存儲包括照片和藝術圖在內的圖像，最初由 Aldus 公司與微軟公司一起為 PostScript 打印開發。TIFF 與 JPEG 和 PNG 一起成為流行的高位彩色圖像格式。

TIFF文件以 .tif 或 .tiff 為擴展名。其數據格式是一種3級體系結構，TIFF 文件內部結構可以分成三個部分，分別是：文件頭信息區（IFH）、圖像文件目錄（IFD）和圖像數據區。其中所有的標簽都是以升序排列，這些標簽信息是用來處理文件中的圖像信息的。

由於 TIFF 文件中使用的偏移量為 4 個字節，所以，tif 文件最大為 4GB，而新的 BigTIFF 文件格式是為打破此限制而設計的格式，此處不表。

圖像文件頭 IFH

圖像頭文件（Image File Header 簡稱 IFH），IFH 數據結構包含 3 個成員共計8個字節，如下所示：

Offset	DataType	Value
0	Word	Byte order indication
2	Word	Version number (always 42)
4	Unsigned Long	Offset to first IFD

詳細解釋：

• Byte order indication:
  2 字節，位於文件最開始，其取值為 "MM"(0x4d4d) 或 "II"(0x4949)，"MM" 表示大字節在先的字節順序，"II" 表示小字節在先的字節順序。

• Version number:
  2 字節，其值永遠為 "42"(0x002a)，是“為了其深刻的哲學意義”而選擇的。

• Offset to first IFD:
  4 字節，第一個 IFD 相對於文件起始位置的偏移量（對於多頁 TIFF 可以存在多個 IFD）

注意：

• TIFF 文件中所使用的偏移量，都是相對於文件頭位置的偏移量；
• 偏移量必須以 Word 邊界開始，也就是說，所有偏移量必須為偶數。

圖像文件目錄（IFD）

圖像文件目錄（Image File Directory）是 TIFF 圖中非常重要的數據結構，一個 TIFF 文件可以包含多個 IFD，這時表示此文件包含多個圖像，一個 IFD 標識一個圖像的屬性。

IFD 包含 3 類成員，如下所示：

Offset	DataType	Value
0	Word	Directory Entry Count
2	Word	Directory Entry 0
14	Word	Directory Entry 1
	Word
2+(Count-1)*12	Word	Directory Entry (count-1)
2+(Count)*12	Unsigned Long	Offset to next IFD

詳細解釋：

• Directory Entry Count:
  2字節，接下來的 DE(Directory Entry)的個數

• Directory Entry:
  12字節，表示圖像的某一個屬性，共有 Directory Entry Count 個

• Offset to next IFD:
  4字節，下一個 IFD 的偏移量，如果已經是最后一個IFD，則此值為 NULL(0x00000000)

Directory Entry

Directory Entry 簡稱 DE, 簡單的說，一個 DE 記錄一個圖像的屬性，例如圖像的 長、寬、分辨率等。其存儲結構如下所示：

Offset	DataType	Value
0	Word	Tag
2	Word	Type
4	Unsigned Long	Length
8	Unsigned Long	value Offset

詳細解釋：

• Tag:
  2 字節，該屬性的標簽編號，在 IFD 中，多個 DE 的 Tag 值是升序排列的，此編號可以在 TIFF 的規范中找到，此處列出幾個常用的編號（用戶也可以定義自己的私有標簽）：

  TagName	Decimal	Hex	Type	Value
  ImageWidth	256	0x100	SHORT or LONG
  ImageLength	257	0x101	SHORT or LONG
  BitsPerSample	258	0x102	SHORT	4 or 8
  Compression	259	0x103	SHORT
  PhotometricInterpretation	262	0x106	SHORT
  StripOffsets	273	0x111	SHORT or LONG
  RowsPerStrip	278	0x116	SHORT or LONG
  StripByteCounts	279	0x117	LONG or SHORT
  XResolution	282	0x11A	RATIONAL
  YResolution	283	0x11B	RATIONAL
  ResolutionUnit	296	0x128	SHORT

• Type:
  2 字節，該屬性的數據的數據類型，該值可以在 TIFF 規范中找到，下面列出：

  Value	Type	Description
  1	BYTE	8-bit unsigned integer.
  2	ASCII	8-bit byte that contains a 7-bit ASCII code; the last byte must be NUL (binary zero).
  3	SHORT	16-bit (2-byte) unsigned integer.
  4	LONG	32-bit (4-byte) unsigned integer.
  5	RATIONAL	Two LONGs: the first represents the numerator of a fraction; the second, the denominator.
  6	SBYTE	An 8-bit signed (twos-complement) integer.
  7	UNDEFINED	An 8-bit byte that may contain anything, depending on the definition of the field.
  8	SSHORT	A 16-bit (2-byte) signed (twos-complement) integer.
  9	SLONG	A 32-bit (4-byte) signed (twos-complement) integer.
  10	SRATIONAL	Two SLONG’s: the first represents the numerator of a fraction, the second the denominator.
  11	FLOAT	Single precision (4-byte) IEEE format.
  12	DOUBLE	Double precision (8-byte) IEEE format.

• Length:
  4 字節，數據的數量，注意，此處為數據的數量而不是數據的字節數

• valueOffset:
  4 字節，如果數據的數量乘以數據類型的字節長度（即實際數據的字節數）小於等於 4，則此處存儲數據，否則，此處存儲數據位置的偏移量（相對於文件頭的偏移量）

其文件結構總覽如下圖所示：

 

TIFF文件格式總覽.png

圖像數據例子

TIFF 文件的 IFD 並不一定緊跟在 IFH 后面，相反，它常常位於圖像數據的后面，即 TIFF 圖像文件的一般組織形式是：
IFH -- 圖像數據 -- IFD

下面我們制作一個 TIFF 格式的文件進行簡單分析
用 畫圖 軟件繪制一個 7*9 像素的圖像，保存為 TIFF 格式

TIFF例子文件

放大截圖顯示為：

 

TIFF例子截圖.png

其文件的實際內容為(16進制)：

Offset	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	a	b	c	d	e	f
0000 0000	49	49	2a	00	ca	00	00	00	80	3e	14	2a	40	39	78	b6
0000 0010	00	84	26	61	41	f8	61	22	1d	08	00	3e	56	2b	37	f3
0000 0020	b9	de	04	16	0a	cb	48	a4	40	92	3c	86	90	44	0c	e4
0000 0030	c7	1b	d1	ee	03	7d	82	0c	c1	71	10	84	aa	4e	65	0f
0000 0040	47	c5	00	00	04	18	91	48	bf	dd	4e	a0	02	a1	50	a2
0000 0050	14	0a	00	cb	45	73	6a	6a	1d	84	3f	58	ec	77	fa	d9
0000 0060	6c	20	71	80	9b	02	40	c8	3c	f6	63	6a	42	1e	d0	87
0000 0070	e1	9d	2e	c2	01	bc	c2	a0	10	1b	f8	b0	5d	7d	09	c1
0000 0080	4d	e0	a8	1c	03	08	01	cf	9f	ec	87	3b	64	20	10	00
0000 0090	0f	49	2f	20	50	0c	0f	10	10	83	03	6a	e5	73	fd	aa
0000 00a0	ec	71	bd	5f	6f	91	c9	39	ca	f7	7e	be	42	00	60	66
0000 00b0	41	f3	0e	7f	87	03	8f	f2	ea	15	9e	fd	7f	bf	5d	cf
0000 00c0	a7	93	d5	f8	f7	7c	bf	9f	70	10	0f	00	fe	00	04	00
0000 00d0	01	00	00	00	00	00	00	00	00	01	04	00	01	00	00	00
0000 00e0	07	00	00	00	01	01	04	00	01	00	00	00	09	00	00	00
0000 00f0	02	01	03	00	03	00	00	00	84	01	00	00	03	01	03	00
0000 0100	01	00	00	00	05	00	00	00	06	01	03	00	01	00	00	00
0000 0110	02	00	00	00	11	01	04	00	01	00	00	00	08	00	00	00
0000 0120	15	01	03	00	01	00	00	00	03	00	00	00	16	01	04	00
0000 0130	01	00	00	00	09	00	00	00	17	01	04	00	01	00	00	00
0000 0140	c2	00	00	00	1a	01	05	00	01	00	00	00	8a	01	00	00
0000 0150	1b	01	05	00	01	00	00	00	92	01	00	00	1c	01	03	00
0000 0160	01	00	00	00	01	00	00	00	28	01	03	00	01	00	00	00
0000 0170	02	00	00	00	3d	01	03	00	01	00	00	00	02	00	00	00
0000 0180	00	00	00	00	08	00	08	00	08	00	00	77	01	00	e8	03
0000 0190	00	00	00	77	01	00	e8	03	00	00

對其進行簡要解析（偏移量省略高位兩個字節的0x0000）：

• 0x0000 ~ 0x0007
  IFH, 其中 最開始的兩個字節內容 0x4949 為 "II", 表示此文件的字節順序為小字節在先；接下來的兩個個字節 0x2a 0x00 按照 Word 類型解析為 0x002a 為固定值 42，接下來的 4 個字節解析為 IFD 的偏移地址為：0x000000ca;

• 0x00ca ~ 0x00cb
  IFD 的起始位置，開始的兩個字節解析為 0x000f, 為 Directory Entry Count, 表示下面有 15 個 Directory Entry;

• 0x00cc ~ 0x00d7
  Directory Entry 0, 開始兩個字節為 Tag = 0x00fe, 表示 NewSubfileType, 具體可查看附件中的 TIFF 規范；

• 0x00d8 ~ 0x00e3
  DE 1, 開始的 2 個字節 Tag = 0x0100, 表示 ImageWidth, 接下來的 2 個字節 Type = 0x0004 表示數據格式為 LONG(32bits), 再接下來的 4 個字節 Length = 0x00000001, 表示數據個數為 1, 再接下來的 4 個字節表示此 ImageWidth = 0x00000007, 表示圖像寬度為 7;

• 0x00e4 ~ 0x00ef
  DE 2, 開始的 2 個字節 Tag = 0x0101, 表示 ImageLength, 不再詳述；

• 0x00f0 ~ 0x00fb
  DE 3, 開始的 2 個字節 Tag = 0x0102, 表示 BitsPerSample, 為每個組件的位數；接下來的 2 個字節 Type = 0x0003, 表示數據格式為 SHORT, 接下來的 4 個字節 Length = 0x00000003, 表示數據個數為 3; 此處應當計算 3 （數據格式字節數）= 32=6, 即數據為 6 個字節，所以接下來的 4 個字節保存數據的偏移量位置 value Offset = 0x00000184;

  • 0x0184 ~ 0x0189
    此處存儲 BitsPerSample 的數據，可以看到，其數據為 0x0008 0x0008 0x0008, 表示圖像為3通道，每個通道的像素為 8 位深度；

• 0x00fc ~ 0x0107
  DE 4, 開始的 2 個字節 Tag = 0x0103, 表示 Compression, 為壓縮的屬性，此處的值為 0x05, 表示數據是 LZW 壓縮的；

• 0x0108 ~ 0x0113
  DE 5, Tag = 0x0106, 表示 PhotometricInterpretation, 值為 2 表示為 RGB 圖像；

• 0x0114 ~ 0x011F
  DE 6, Tag = 0x0111, 表示 StripOffsets, For each strip, the byte offset of that strip. 此處 Type = 4, 表示 LONG 數據類型，Length = 0x00000001, 數據只有 1 個，其值為 0x00000008, 表示數據存放在偏移量 0x08 開始的數據處；

  • 0x0008~0x00c9
    此處存放的數據即為圖像的像素數據，驗證圖像像素值，其並不等於文件中的數值，應該是經過壓縮的原因；

• 0x0120 ~ 0x012B
  DE 7, Tag = 0x0115, 表示 SamplesPerPixel, 每個像素的組件數，對於 RGB 圖像此屬性值為3; 查看此值確實為 3;

• 0x012C ~ 0x0137
  DE 8, Tag = 0x0116, 表示 RowsPerStrip, The number of rows in each strip (except possibly the last strip.) 一個 Strip 中的行數，此處值為 9 （此處只有 1 個 strip, 此值為 9）；

• 0x0138 ~ 0x0143
  DE 9, Tag = 0x0117, 表示 StripByteCounts, For each strip, the number of bytes in the strip after compression. 字節數，此處值為 0xc2 = 194 字節；

• 0x0144 ~ 0x014f
  DE 10, Tag = 0x011a, 表示 XResolution, The number of pixels per ResolutionUnit in the ImageWidth direction. Type = 0x05, 表示 RATIONAL 類型（分數類型，分子分母都為LONG），length = 0x00000001, 數據個數為 1 個；Value Offset = 0x0000018a;

  • 0x018a~0x0191
    X 方向分辨率值，分子為 0x017700 分母為 0x00003e8，所以值為：0x60=96;

• 0x0150 ~ 0x015B
  DE 11, Tag = 0x011b, 表示 YResolution, Type = 0x05, length = 0x00000001, Value Offset = 0x00000192;

  • 0x0192~0x0199
    Y 方向分辨率值，分子為 0x0x017700 分母為 0x00003e8，所以值為：0x60=96;

• 0x015C ~ 0x0167
  DE 12, Tag = 0x011c, 表示 PlanarConfiguration，How the components of each pixel are stored. 值為 1 ，表示 1 = Chunky format. The component values for each pixel are stored contiguously. The order of the components within the pixel is specified by PhotometricInterpretation. For example, for RGB data, the data is stored as RGBRGBRGB…;

• 0x0168 ~ 0x0173
  DE 13, Tag = 0x0128, 表示 ResolutionUnit, 1 = No absolute unit of measurement. Used for images that may have a non-square aspect ratio but no meaningful absolute dimensions. 2 = Inch. 3 = Centimeter. Default = 2 (inch); 此處值為 2;

• 0x0174 ~ 0x017f
  DE 14, Tag = 0x013d, 表示 Predictor, 此處值為 2, 此參數是與 LZW 壓縮有關的參數；

• 0x0180 ~ 0x0183
  Offset to next IFD, 由於本文件中只有一幅圖像，所以只有一個 IFD, 所以此處的偏移量值為 NUL = 0x00000000;