图像解码之三——giflib解码gif图片

前面已经介绍过了libjpeg解码jpeg图片和libpng解码png图片，本文将会介绍怎样用giflib解码gif图片。giflib可以在这里下载。

gif文件格式简单介绍

    在解码jpeg图片和png图片的时候我们不需要对jpeg和png文件格式有了解就可以解码了（了解jpeg和png当然更好），但是在使用giflib解码gif的时候，我们必须要对gif文件有很简单的了解。

    gif文件中可以存放一帧或者多帧图像数据，并且可以存放图像控制信息，因此可以存储动画图片。

    gif文件由文件头开头，文件尾结尾，中间是一些连续的数据块（block）。这些数据块又分为图像数据块和扩展数据块（extension），图像数据块可以理解成存放一帧的图像数据。扩展数据块存放的是一些辅助信息，比如指示怎样显示图像数据等等。

    gif文件中的图像基于调色板的，因此一张gif文件中的图像最多只能有255中颜色，因此gif文件只能存储比较简单的图像。gif文件中有两种调色板 ——全局调色板和图像局部调色板。当一帧图像有局部调色板时，则以局部调色板来解码该帧图像，如果该帧图像没有局部调色板则用全局调色板来解码该图像。

    更详细的信息可以查阅giflib的文档中的gif89.txt文件，或者在网络搜索相关的信息。

giflib中数据类型

    在giflib中最重要的数据类型为GifFileType，定义如下：

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

    以上代码来自gif_lib.h文件，使用giflib库解码gif文件都需要包含这个文件。

1、以S开头的变量标识屏幕（Screen）。SaveImages变量用来存储已经读取过得图像数据。

2、Private变量用来保存giflib私有数据，用户不应该访问该变量。

3、其他变量都标识当前图像。

初始化giflib

    初四化giflib比较简单，只需要打开相应的gif数据就可以了。giflib和libpng一样提供了两种打开源数据的方式，一种是以文件流方式打开gif文件，另外一种用户可以自定义输入回调函数给giflib来完成初始化。

    文件流初始化giflib的代码如下：

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);
}

    重点介绍一下怎样用自定义输入回调函数来初始化giflib，因为这个可以适配各式各样的数据输入方式比如网络等，参考代码如下：

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

    gif_input_cb为自定义输入回调函数，该函数负责giflib的数据输入。

    我们另外需要注意以上三个函数都返回一个GifFileType类型的指针，该指针以后在调用giflib的函数时，用作第一个参数传入。

初始化屏幕

    所有的gif图像共享一个屏幕（Screen），这个屏幕和我们的电脑屏幕不同，只是一个逻辑概念。所有的图像都会绘制到屏幕上面。

    首先我们需要给屏幕分配内存：

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

    另外我们需要以背景颜色（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);
}

解码gif数据

    我们上面已经提到gif数据是以顺序存放的块来存储的，DGifGetRecordType函数用来获取下一块数据的类型。因此解码gif数据的代码组织如下：

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);

    循环解析gif数据，并根据不同的类型进行不同的处理。

处理图像数据

    首先先介绍怎样处理IMAGE_DESC_RECORD_TYPE类型的数据。这代表这是一个图像数据块，这个图像数据需要绘制到前面提到的屏幕buffer上面，相应的代码如下：

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);

    这里面有几点需要注意的是：

1、gif数据交织处理，参照上面的代码。

2、另外注意调色板的选择，如果当前图像数据中有局部调色板就用局部调色板来解码数据，否则用全局调色板来解码数据。

3、屏幕数据的解码，根据你的显示要求选择输出格式。

    解析屏幕数据，假设需要把数据转换成ARGB8888的格式，代码如下：

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;
        }
    }
}

    解析屏幕数据的时候需要住处理透明色。这里先埋一个伏笔，等介绍完扩展块，再来重新实现这个函数。

处理扩展块

    上面提到扩展块主要实现一些辅助功能，扩展块影响其后的图像数据解码。这里面比较重要的扩展块是图像控制扩展块（Graphic control extension）。可以参考giflib文档中的gif89.txt文件了解图像控制扩展块的详细内容。这个扩展块中有两个内容我们比较关心：

延时时间（delay time）——后面的图像延时多长时间再显示，如果解码线程不是主线程的话，可以在这里延时一下再处理后面的数据。

透明色（transparent color）——在后面的图像解码时，遇到同样的颜色值，则跳过不解码，继续处理后续的点。

    如下是一种可供参考的处理方式：

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;

    这里GIF_CONTROL_EXT_CODE为0xF9表明该扩展块是一个图像控制扩展块，GIF_CONTROL_EXT_SIZE为4，图像控制扩 展块的大小。我们可以看到解析出delay信息之后，就地delay。解析出透明颜色值之后，则标识透明色，否则标识为-1。解析图片的时候可以根据透明 色的值进行相应的处理，参考如下解析图像的函数：

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;
        }
    }
}

    注意我们这里假设grb_buffer已经正确的初始化，如果他是垃圾数据，那么得到结果肯定是错误的。

    至此gif文件解析完成了，gif图片和gif动画都可以正确的解析，并显示了。

总结

    从上面的情况我们看出如果想使用giflib还是需要对gif格式有一个简单的了解，这点要求比libjpeg和libpng要求要高了一些。至此图像处理系列已经完成，欢迎大家批评指正。

原文