JPEG系列二 JPEG文件中的EXIF（上）

JPEG图片中的EXIF信息遵循TIFF格式标准，因此EXIF分为上下两篇。

上篇介绍一下TIFF文件格式，下篇介绍EXIF在JPEG中的作用和存储的信息。

TIFF文件格式简介

TIFF - Tag Image File Format文件格式最早是为了存储扫描仪图像而设计的。它的最大的特点就是与计算机的结构、操作系统以及图形硬件系统无关。它可处理黑白、灰度、彩色图像。在存储真彩色图像时和BMP格式一样，直接存储RGB三原色的浓度值而不使用彩色映射（调色板）。对于介质之间的交换，TIF称得上是位图格式的最佳选择之一。

TIFF的全面性也产生了不少问题，它的包罗万象造成结构较为复杂，变体很多，兼容性较差，它需要大量的编程工作来全面译码。例如，TIF图像数据可以用几种不同的方法压缩，用一个程序来读出所有的TIF几乎是不可能的。

TIFF文件格式结构

TIFF图一般由三个部分组成：文件头（简称IFH）、文件目录（简称IFD）、图像数据。TIF图像文件的一般组织形式是：IFH——图像数据——IFD。

IFD数据结构并不一定紧跟在IFH后面，相反，它常常位于图像数据的后面。

1、图像文件头（Image File Header简称IFH）
 
           IFH结构描述(图1)

IFH数据结构包含3个成员共计8个字节：

名称

字节数

数据类型

说明

Byte order

2

Integer

TIF标记，其值为“MM”(0x4d4d)或“II”(0x4949)

0x4d4d表示该TIFF图是Motoral整数格式，即BigEndian；

0x4949表示该图是Intel整数格式，即LittleEndian。

Version

2

Integer

版本号，其值恒为0x2A 00

Offset to first IFD

4

Long

第一个IFD相对文件开始处的偏移量（可能会有多个顺序排列的IFD）

2、图像文件目录（Image File Directory简称IFD）

         IFD及DE结构描述(图2)

IFD结构

IFD是TIFF图像文件中重要的数据结构，它包含了三个成员：DE count、DE、next IFD offset。

由于一个TIFF文件中可以有多个图像，而一个IFD只标识一个图像的所有属性（或称之为“标签”），所以，一个TIFF文件中有几个图像，就会有几个IFD。

IFD的结构：

名称

字节数

数据类型

说明

Directory Entry Count

2

Integer

该IFD中DE的数量

Directory Entry(1)

12

Integer

DE，“目录项”

Directory Entry(2) 

12

Integer

DE的个数是不定的，因为每个DE只标识了图像的一个属性，那么这幅图像有N个属性就会有N个DE；

……

 

 

用户甚至可添加自定义的标记属性，这就是为什么称TIF格式文件为“可扩充标记的文件”的原因。

Directory Entry(N)

12

Integer

 

Offset to next IFD 

4

Long

下一个IFD相对于文件开始处的位置，这是一个链式结构。

如果该数字为0，表示已经是最后一个IFD。

如果该TIF文件只包含了一幅图像，那么就只有一个IFD，这个偏移量也会等于0。

DE目录入口（Directory Entry）

一个DE就是一幅图像的某一个属性。例如图像的大小、分辨率、是否压缩、像素的行列数、颜色深度（单色、16色、256色、真彩色）等等。

DE结构：

名称

字节数

数据类型

说明

tag

2

Integer

本属性的标签编号。在图像文件目录中，它是按照升序排列的（但不一定是连续的）

type

2

Integer

本属性值的数据类型

length

4

Long

该类型数据的个数

valueOffset

4

Long

属性值的存放偏移量。

tagID代表的变量值相对文件开始处的偏移量，但如果变量值占用的空间不多于4个字节（例如只有1个Integer类型的值），那么该值就直接存放在valueOffset中，没必要再另外指向一个地方了。

DE中标签编号的含义

TagID

属性名称

type

说明

0100

图像宽

Integer

 

0101

图像高

Integer

 

0102

颜色深度

Integer

1为单色，4为16色，8为256色。

如果该类型数据个数＞2个，说明是真彩图像

0103

图像数据是否压缩

Integer

压缩方式(1/2/5/6/32773)，1为不压缩，其他表示压缩

0106

图像是否采用反色显示

Integer

01表示反色，否则表示不反色

对于RGB图，该值是2

0111

图像扫描线偏移量

Long

图像数据起始字节相对于文件开始处的位置

0116

图像扫描线的数量

Long

表示图像有几行扫描线，实际上等于图像高度

0117

图像数据字节总数

Integer

一般是个偶数。如果是奇数，那么实际存放时会在后面补一个0，但这个0不会计算在字节总数之内。

011A

水平分辩率偏移量

RATIONAL

单位：像素/英寸

分数型的属性，其值要占用8个字节，所以在valueOffset中存放的肯定是它的具体数值的偏移量，而不是数值本身。下同。

011B

垂直分辩率偏移量

RATIONAL

单位：像素/英寸

011C

像素存储顺序

Integer

每个像素的（R，G，B）是如何存储的。1表示按照RGBRGB的顺序来存储

0128

X/Y分辨率单位

Integer

X/Y轴分辨率的单位

0131

生成该图像的软件名

ASCII

字符型属性。值所占用的空间也会大于4字节，所以在valueOffset中存放的也是它们的值的偏移量，而不是值本身。下同。

0132 

生成该图像的时间

ASCII

 

0140

调色板偏移量

Integer

256色和16色图像才有此属性，而且有连续2个调色板，但属性的length值只表示出1个调色板

在TIFF6.0中，定义了12种数据类型，分别是：

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 SLONGs: 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.

3、TIFF中的图像数据

图像数据。这些数据可能是压缩的，也可能是未压缩的。如果经过压缩，那么压缩算法又有许多种，所以，图像数据是TIF文件中最为复杂的部分，暂还没有哪个软件能译出所有的压缩算法。

TIFF实例

用画图程序新建一个17*15的白色图像，另存为TIF文件：

0000: 49 49 2A 00 4E 00 00 00 80 3F E0 50 38 24 16 0D
0010: 07 84 42 61 50 B8 64 36 1D 0F 88 44 62 51 38 A4
0020: 56 2D 17 8C 46 63 51 B8 E4 76 3D 1F 90 48 64 52
0030: 39 24 96 4D 18 80 80 00 60 00 00 00 01 00 00 00
0040: 60 00 00 00 01 00 00 00 08 00 08 00 08 00  0F 00
0050: FE 00 04 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 01 03 00
0060: 01 00 00 00 11 00 00 00 01 01 03 00 01 00 00 00
0070: 0F 00 00 00 02 01 03 00 03 00 00 00 48 00 00 00
0080: 03 01 03 00 01 00 00 00 05 00 00 00 06 01 03 00
0090: 01 00 00 00 02 00 00 00 11 01 04 00 01 00 00 00
00A0: 08 00 00 00 15 01 03 00 01 00 00 00 03 00 00 00
00B0: 16 01 04 00 01 00 00 00 0F 00 00 00 17 01 04 00
00C0: 01 00 00 00 2F 00 00 00 1A 01 05 00 01 00 00 00
00D0: 38 00 00 00 1B 01 05 00 01 00 00 00 40 00 00 00
00E0: 1C 01 03 00 01 00 00 00 01 00 00 00 28 01 03 00
00F0: 01 00 00 00 02 00 00 00 3D 01 03 00 01 00 00 00
0100: 01 00 00 00 00 00 00 00

简要分析（注意转换16进制数据时，低位在前，高位在后）：

0000－0007：49 49 2A 00 4E 00 00 00

文件头，0x49 49表示该图是Intel整数格式；0x2A 00表示TIFF版本号；0x4E表示第一个IFD的偏移量为4E。

004E－0107：第一个IFD。

Directory Entry Count的值0x0F为15，表示这个IFD中有15个DE。

每个DE占用12字节，15个DE共占用180字节，加上Directory Entry Count占用的2字节，再加上Offset to next IFD占用的4字节，这个IFD共占用186字节，换算为16进制就是BA，所以，它的数据结束于0x4E + 0xBA = 0107。

Offset to next IFD的值（最后4个字节）均为0，表示整幅图像文件只有这一个IFD。

其中15个DE的描述：

序号

偏移量

TagID

Type

length

Value/Offset

说明

1

0050

00FE

Long

1

00

未知属性值＝0

2

005C

0100

Integer

1

11

图像宽为17像素（10进制）

3

0068

0101

Integer

1

0F

图像高为15像素（10进制）

4

0074

0102

Integer

3

48

3个Integer类型的值，共计6字节

所以Value/Offset中存放的是其值的偏移量。

其值存放在48－4D

5

0080

0103

Integer

1

05

图像是压缩数据，压缩类型为5

6

008C

0106

Integer

1

02

图像不反色显示

7

0098

0111

Long

1

08

图像数据起始字节为8

8

00A4

0115

Integer

1

03

未知属性值＝3

9

00B0

0116

Long

1

0F

图像扫描线有15行

10

00BC

0117

Long

1

2F

图像共有47个字节的压缩数据

11

00C8

011A

RATIONAL

1

38

水平分辩率存放在38－3F

12

00D4

011B

RATIONAL

1

40

垂直分辩率存放在40－47

13

00E0

011C

Integer

1

01

像素存储顺序， 1为RGB

14

00EC

0128

Integer

1

02

Xresolution和Yresolution的单位，值为2

15

00F8

013D

Integer

1

01

未知属性值＝1

0008－0037：图像数据。

注意最后那个0是补加的，它没有统计在“图像数据字节总数”属性值中。

0038－003F：60 00 00 00 01 00 00 00

水平分辩率值，8个字节。

由于它是分数类型，前4个字节是分子，其值为0x60 00 00 00，转换为10进制就是96，后4个字节是分母，其值是0x01 00 00 00，转换为10进制就是1。所以，分数值是96/1，它表示每英寸96像素

0040－0047：60 00 00 00 01 00 00 00

垂直分辩率值。同样为96像素。

0048－004D：08 00 08 00 08 00

颜色深度值。3个整型数据值都为8，表示这是一幅24位图像。

TIFF格式参考

http://www.pediy.com/kssd/pediy12/109316.html

http://bbs.pfan.cn/post/309477.html