TIFF文件格式

TIFF文件格式解析

作者：易数科技 发布于：2011-9-5 9:05 Monday 分类：数据恢复

TIFF全称“Tagged Image File Format”。主要用于存储来自扫描仪、数码相机的光栅图像。

TIFF可以存储黑白、灰度、索引颜色及真彩色图像。通过在文件中使用“标签”，它能够在一个文件中存储多幅图像以及其它有关数据。TIFF中可以包含JPEG及RLE编码的图像，甚至基于矢量的裁剪区域。

基于这些特点，TIFF格式在业界得到了广泛的支持和应用。比如大多数的数码相机在拍摄RAW格式的照片时普遍采用了TIFF格式。

在文件结构设计上TIFF充分考虑到了各种图像处理设备的复杂性，并且在格式升级、增加新的数据时不会给开发人员带来不必要的麻烦。

由于TIFF使用了32位的数值来存储位置及长度信息，所以一个TIFF文件的最大尺寸不会超过4GB。

下面介绍TIFF的文件的具体格式。了解文件格式后，就可以通过分析磁盘扇区数据的方式恢复TIFF文件了。本文研究TIFF格式的最初目的就是为了让软件支持这种类型文件的恢复。尤其是RAW格式的照片文件，因为RAW照片普遍采用了TIFF格式。

TIFF的文件头长度为8个字节，前4个字节用来表示文件所采用的字节序，以及标识这是一个TIFF文件。后4个字节是一个偏移(Offset)，指示了IFD(Image File Directory)的位置。IFD类似于FAT文件系统的文件夹数据，其中也包含了一系列的目录项。这些目录项指示了实际数据的类型、长度及存储位置等信息。通过分析这些目录项，就能找到TIFF文件中包含的所有数据，包括图像数据。

文件头结构：

偏移	类型	个数	说明
0	BYTE	2	字节序。 "II"(即4949H)，表示小端序，低位在前。 "MM"(即4D4DH)，表示大端序，高位在前。
2	WORD	1	"42"这个数字。根据“字节序”的实际表示。 小端时为"2A 00"，大端时则为"002A"。
4	DWORD	1	指出了IFD的所在位置。

TIFF中使用的偏移(Offset)都是基于文件开头的。第一个字节的偏移为0。

TIFF规范并没有规定IFD的实际存储位置，它可以位于文件的任何地方，甚至可以在文件的结尾处。不过在多数情况下，IFD紧接着文件头存储。即IFD偏移值为"08H"或"10H"。

IFD结构：

偏移	类型	长度	说明
0	WORD	2字节	目录项个数。(用B表示)
2	目录项0	12字节	一个目录项记录了一段数据的长度及位置等信息。
14	目录项1	12字节	一个目录项记录了一段数据的长度及位置等信息。
	...		其它目录项。
2+(B-1)*12	目录项(B-1)	12字节	目录项
2+B*12	DWORD	4字节	下一个IFD的位置。

IFD的开头2个字节指出了目录项的个数，紧接着是一系列目录项，最后4个字节指出了下一个IFD的偏移。即IFD可以以链表的形式存在，当IFD的最后4个字节为0时表示IFD链表结束。

目录项(Directory Entry)的结构，每项12字节：

偏移	类型	说明
0	WORD	Tag (标签)
2	WORD	Type (类型)
4	DWORD	Count (数量)
8	DWORD	Value (值或者偏移)

Tag表示了该项数据的含义。常用的Tag有：

Tag	含义
0100H	图像宽度
0101H	图像高度
0102H	BitsPerSample
0103H	压缩算法
010FH	制造商
0110H	型号
0111H	条带或图像数据偏移
0117H	条带或图像数据长度
011AH	XResolution
011BH	YResolution
0132H	拍摄时间
013BH	作者

Type表示了该项数据的类型。常用的类型有：

1 = 字节串（8位无符号整数）
2 = ASCII码串
3 =WORD（16位无符号整数）
4 = DWORD（32位无符号整数）
5 = 分数（8个字节）

Count表示该项数据的数量。

Value表示该项数据的值或者偏移。如果数据不长，能够存储在4个字节以内，则直接用Value存储数据。否则，Value存储的是数据的偏移。做为偏移使用时，Value可以指向文件的任何地方，包括图像数据的后面。

TIFF文件的结构主要就是这些内容。如果不关心图像的像素数据，比如要按类型恢复TIFF格式的文件数据时，通过分析IFD及Directory Entry，就可以将连续存储的TIFF文件完整地恢复出来。

2011年9月发布的软件会支持按类型恢复TIFF文件，及十几种数码相机拍摄出来的RAW格式照片。包括佳能(Canon)相机的CR2文件、尼康(Nikon)相机的NEF文件、索尼(SONY)相机的ARW及SR2文件、奥林巴斯(Olympus)相机的ORF及TIF文件、各品牌相机拍摄的DNG文件等等。

本文根据Adobe的Tiff Revision 6.0文档整理而成,同时部分的参考了清华大学出版的<图像文件格式>一书


本文整理了tiff文件的基本格式及其包括的常用标签的说明：
对于tiff文件中使用的压缩方法，本文没能详细说明

如果发现有错误存在，请各位指正

xuhappy  2000-7-17




TIFF(Tag Image File Format)图像文件说明：



TIFF文件是由许多的标签(tag)组成,在Adobe的有关tiff6.0的说明中，将(tag)的解释称各种标签所对应的数值，而在文件中各个标签的实际入口称为(field)，暂且称为域。tiff支持黑白、灰度、彩色的图像格式，同时还可以接受RGB CMYK等色彩系统，同时支持图像数据的LZW,哈夫曼等压缩算法或者不压缩。

TIFF文件分为文件头和IFD两部分，一个IFD中存储了一幅图像的信息，IFD可以由许多标签组成。在TIFF6.0文件中，规定所有的标签必须以升序排列，通过这些标签信息，来处理文件中的图像数据。



TIFF文件头说明：
TIFF的文件头有8字节

0-1 规定为 'II' 或者 'MM' Intel /Mortorola 类型的字节顺序
2-3 TIFF文件的版本，为与以前的兼容，为42
4-7 TIFF文件的第一个IFD在文件中的偏移量，肯定大于8

IFD说明：IFD是由连续的标签组成

OFFSET:0-1 IFD中的标签数目
OFFSET:2-13 IFD中的第一个标签
OFFSET:14-25 IFD中的第二个标签
.....
OFFSET:2+12*标签数 下一个IFD的(相对于文将)偏移量，在一个TIFF文件中可以由多个IFD用于存放多个图像，如果如果该数字为0，表示已经处理完所有的IFD。




标签说明：一个标签由连续的12字节组成
OFFSET:0-1 TAG ID 标签所对应的数字编号(tag)，用于定义该标签所存放的"信息"
OFFSET:2-3 TAG INFO DATA TYPE 标签中数据的数据类型
OFFSET:4-7 VALUE COUNT 2-3中说明的数据类型的数目
OFFSET:8-11 VALUE OFFSET 相对于文件的该标签值的偏移量,必须开始于 "字"边界,为了节省空间，如果该标签的数据的长度小于等于四个字节，在VALUE OFFSET 中直接存储(小于四字节数据左对齐)该标签的值而不是在文件中的偏移量。

以下列出了标签中的数据的可能的数据类型
1 = BYTE
2 = ASCII
3 = SHORT
4 = LONG
5 = RATIONAL
6 = SBYTE
7 = UNDEFINED
8 = SSHORT
9 = SLONG
10= SRATIONAL
11= FLOAT
12= DOUBLE


TIFF中的标签种类有很多，按大类可以 BASELINE TIFF 标签 和 TIFF EXTENSIONS标签
在以前版本的TIFF文当中将TIFF文件分为

BASELINE TIFF:
在以前版本中，BASELINE TIFF 分为三种格式：
(BiLevel Images)tiff class b image，(GrayScale Images)tiff class G image,(Palette-Color Images)class P image,(rgb image)tiff class r images

1.BiLevel Images 所用到的标签
标签名 标签的ID号(十进制) 标签数据类型 标签可能的数值
ImageWidth 256 SHORT/LONG
ImageLength 257 SHORT/LONG
Compression 259 SHORT 1(no Compression),2(HuffmanCompression),32773(PackBits Compression)
PhotometricInterpretation 262 SHORT 当Compression=2 0,1(0:在BiLevel/GrayScale图形中0表示全白 1:在BiLevel/GrayScale图形中0表示全黑,即图形采用反色显示)
StripOffsets 273 SHORT/LONG 每个Strip的文件偏移量
RowsPerStrip 278 SHORT/LONG 每个Strip中的行数
StripByteCounts 279 SHORT/LONG 当采用某种压缩方式后每个Strip的字节数
XResolution 282 RATIONAL ImageWidth中每ResolutionUnit中的像素数目
YResolution 283 RATIONAL ImageLength中每ResolutionUnit中的像素数目
ResolutionUnit 296 SHORT 1(用于非四边形显示的图像),2(英寸),3(厘米)根据ImageWidth及ImageLength用于计算图像在显示时的尺寸


以下是一个BiLevel Tiff 文件的例子


偏移量 说明 数值(HEX)
0000 byteorder 4d4d
0002 42 0042
0004 1st IFD offset 00000014
IFD:
偏移量 说明 值(HEX)
0014 number of directory entries 000c(IFD中的标签数目12个)

偏移量 标签说明 TagID(HEX) 数据类型(HEX) Count(HEX) 值偏移量(HEX) 说明
0016 newsubfile type 00fe 0004 00000001 00000000
0022 imagewidth 0100 0004 00000001 000007d0 图像宽度2000
002e imagelength 0101 0004 00000001 00000bb8 图像长度3000
003a compression 0103 0003 00000001 80050000 数据压缩由于数据短于四字节，偏移量中直接为值(左对齐)32773
0046 photometricinterpretation 0106 0003 00000001 00010000 图像采用反色显示
0052 stripoffsets 0111 0004 000000bc 000000b6 图像Strip偏移量0x00B6,共188(0xBC)个Strip
005e rowsperstrip 0116 0004 00000001 00000010 每Strip中行数16
006a stripbytecounts 0117 0003 000000bc 000003a6 每Strip中的字节数,共188个，偏移量0x03A6
0076 xresolution 011b 0005 00000001 00000696
0082 yresolution 011b 0005 00000001 0000069e
008e software 0131 0002 0000000e 000006a6 用于标记生成该图像的软件,文本类型,偏移量0x6a6,字节数14
009a datetime 0132 0002 00000014 000006b6 用于标记该图像的生成日期,文本类型,偏移量0x6b6,字节数20
00a6 nextIFDoffset 00000000 没有下一个IFD

值大于4字节：
偏移量 标签说明： 值: 说明:
00b6 StripOffsets Offset0,Offset1,...Offset187
03a6 StripByteCounts Count0,Count1,...Count187
0696 XResolution 0000012C00000001 每ResolutionUnit中300像素
069e YResolution 0000012C00000001 每ResolutionUnit中300像素
06a6 Software "PageMaker4.0" 生成该图像的软件名称，长度应该为字符串长度加NULL结尾 应为13 注： 本例子来自Adobe Tiff Revision 6.0,其中的字节数为14,可能其中有错误
06b6 DateTime "1988-02-18 13:59:59" 生成该图像的时间，长度为20字节

Image Data:
00000700 Compressed data for strip 10
xxxxxxxx Compressed data for strip 179
xxxxxxxx Compressed data for strip 53
xxxxxxxx compressed data for strip 160
.
.
文件结束

以上例子中的software,datatime为可选标签，同时各个Strip可以不安顺序在文件中存储，每个Strip的偏移量必须在文件中指定，而不能缺省认为一个Strip的结尾是下一个Strip的开始，或者Strip是按顺序在文件中存储的
注：以上的例子中没有列出ResolutionUnit,可能是Adobe文档中的错误



Bilevel Images 中需要的标签：
TagName Decimal Hex Type Value
ImageWidth 256 100 short/long
ImageLength 257 101 short/long
Compression 259 103 short 1,2,32773
PhotometricInterpretation 262 106 short 0,1
StripOffsets 273 111 short/long
RowsPerStrip 278 116 short/long
StripByteCounts 279 117 short/long
XResolution 282 11a rational
YResolution 283 11b rational
ResolutionUnit 296 128 short


GrayScale Image:
灰度图像是黑白图像的一般化，灰度图像需要的标签基本同上，但是用户需要修改或者添加以下标签
Compression=1 or 32773
FieldName TagID DataType Value Description
BitPerSample 258 SHORT 4/8 the number of bits per component 16 or 256 distinct shades of gray


GrayScale Image 所需的标签名称：
FieldName TagID(Decimal) DataType Value
ImageWidth 256 SHORT/LONG
ImageLength 257 SHORT/LONG
BitsPerSample 258 SHORT/LONG 4/8
Compression 259 SHORT 1/32773
PhotometricInterpretation 262 SHORT 0/1
StripOffsets 273 SHORT/LONG
RowsPerStrip 278 SHORT/LONG
StripByteCounts 279 LONG/SHORT
XResolution 282 RATIONAL
YResolution 283 RATIONAL
ResolutionUnit 296 SHORT 1/2/3


Palette-color Images:
调色板图形于灰度图形类似，它每个像素的颜色采用RGB表的查找，需要修改或者添加以下标签，其他与GrayScale Images类似
PhotometricInterpretation=3 (表示该图像为Palette-color Image)

FieldName TagID DataType Count Value Description
ColorMap 320 SHORT 3*(2的BitsPerSample次方) 调色板顺序为RGB


Palette-color Image 所需的标签名称：

FieldName TagID(Decimal) DataType Value
ImageWidth 256 SHORT/LONG
ImageLength 257 SHORT/LONG
BitsPerSample 258 SHORT 4/8
Compression 259 SHORT 1/32773
PhotometricInterpretation 262 SHORT 3
StripOffsets 273 SHORT/LONG
RowsPerStrip 278 SHORT/LONG
StripByteCounts 279 SHORT/LONG
XResolution 282 RATIONAL
YResolution 283 RATIONAL
ResolutionUnit 296 SHORT 1/2/3
ColorMap 320 SHORT





RGB Full Color Image:
一个RGB图像，每个像素由3部分组成，RGB,在图像中没有ColorMap标签，需要修改或者添加以下几个标签
BitPerSample=8,8,8
PhotometricInterpretation=2 (RGB Image)
FieldName TagID DataType Value Description
SamplesPerPixel 277 SHORT

RGB Image 所需的标签名称：
FieldName TagID(Decimal) DataType Value
ImageWidth 256 SHORT/LONG
ImageLength 257 SHORT/LONG
BitsPerSample 258 SHORT 8,8,8
Compression 259 SHORT 1,32773
PhotometricInterpretation 262 SHORT 2
StripOffsets 273 SHORT/LONG
SamplesPerPixel 277 SHORT 3 or more
RowsPerStrip 278 SHORT/LONG
StripByteCounts 279 SHORT/LONG
XResolution 282 RATIONAL
YResolution 283 RATIONAL
ResolutionUnit 296 SHORT 1,2,3


Baseline Tiff文件的附加要求：
MM / II 字节顺序的处理，一文件多图像的处理。同时有些标签需要注意的是：
ImageWidth,ImageLength标签数据类型可以为SHORT/LONG，程序必须处理出现图像尺寸过大的情况.
同时对于某些标签可以同时为SHORT/LONG,在程序中需要对这些标签进行正确的处理




Tiff 文件基本标签详细说明：
以下标签按字母顺序说明：


********************************************************************
Artist 图像的作者
Tag = 315
Type = ASCII

********************************************************************
BitsPerSample 每个数据的位数
Tag = 258
Type = short
N = SamplesPerPixel
DefaultValue=1

Value=位数 SamplesPerPixel<=2
Value=位数的偏移量 SamplesPerPixel>2

********************************************************************
ColorMap 调色板数据
Tag = 320
Type = short
N = 3*(2**BitsPerSample)

********************************************************************
Compression 数据压缩方式
Tag = 259
Type = short
N=1
DefaultValue=1

Value=1 数据没有压缩
Value=2 采用CCITT Group 31 压缩
Value=3 采用CITT Group 3 Fax T4 压缩
Value=4 采用CITT Group 3 Fax T6 压缩
Value=5 LZW压缩
Value=6 JPEG压缩
Value=32773 PackBits压缩

********************************************************************
Copyright 图像的版权信息
Tag = 33432
Type = ASCII

********************************************************************
DateTime 此图像生成的日期及时间
Tag = 306
Type = ASCII
N = 20

********************************************************************
ExtraSamples 每个像素的额外组成
Tag = 338
Type = SHORT
N = m

Value=0 未指定数据
Value=1 与Alpha通道有关
Value=2 与Alpha通道无关

********************************************************************
FillOrder 每字节的数据，其位的排列方式
Tag = 266
Type = SHORT
N = 1

Value=1 从左到右
Value=2 从右到左

********************************************************************
FreeByteCounts 每个未使用块在文件中的字节数
Tag = 289
Type = LONG

********************************************************************
FreeOffsets 每个未使用块在文件中的偏移量
Tag = 288
Type = LONG

********************************************************************
GrayResponseCurve 灰度响应曲线
Tag = 291
Type = SHORT
N = 2**BitsPerSample

********************************************************************
GrayResponseUnit 灰度响应曲线的单位
Tag = 290
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=2

Value=1 1/10
Value=2 1/100
Value=3 1/1000
Value=4 1/10000
Value=5 1/100000

********************************************************************
HostComputer 制作此图像的计算机及其操作系统
Tag = 316
Type = ASCII

********************************************************************
ImageDescription
Tag = 270
Type = ASCII

********************************************************************
ImageLength 图像的高度(像素为单位)
Tag = 257
Type = SHORT/LONG
N = 1

********************************************************************
ImageWidth 图像的宽度(像素为单位)
Tag = 256
Type = SHORT/LONG
N = 1

********************************************************************
Make
Tag = 271
Type = ASCII

********************************************************************
MaxSampleValue 最大取样值
Tag = 281
Type = SHORT
N = SamplePerPixel
DefaultValue=(2**BitsPerSample)-1

********************************************************************
MinSampleValue 最小取样值
Tag = 280
Type = SHORT
N = SamplePerPixel
DefaultValue=0

********************************************************************
Model 扫描仪的型号
Tag = 272
Type = ASCII
N = 根据内容来定

********************************************************************
NewSubfileType 图像形态
Tag = 254
Type = LONG
N = 1

Value=1 表示一幅全分辨率的图像
Value=2 表示一幅降低分辨率后的图像
Value=3 表示一幅多页图像中的一页
Value=4 表示一幅透明混迭(Transparency mask)图像

********************************************************************
Orientation 图像行列的编排方向
Tag = 274
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=1

Value=1 1行在上方，1列在左方
Value=2 1行在上方，1列在右方
Value=3 1行在下方，1列在右方
Value=4 1行在下方，1列在左方
Value=5 1行在左方，1列在上方
Value=6 1行在右方，1列在上方
Value=7 1行在右方，1列在下方
Value=8 1行在左方，1列在下方


********************************************************************
PhotometricInterpretation 图像所采用的色彩系统
Tag = 262
Type = SHORT
N = 1

Value=0 对黑白及灰度图像而言，0为白色
Value=1 对黑白及灰度图像而言，0为黑色
Value=2 图像数据以R,G,B的方式存储
Value=3 图像数据采用调色板索引
Value=4 单色的透明混迭图像
Value=5 图像数据以C,M,Y,K的方式存储
Value=6 图像数据以Y,Cb,Cr的方式存储
Value=8 图像以L*,a*,b*的方式存储

********************************************************************
PlanarConfiguration 图像数据的平面排列方式
Tag = 284
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=1

Value=1 单平面格式
Value=2 多平面格式


********************************************************************
ResolutionUnit 图像的分辨率单位
Tag = 296
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=2

Value=1 没有指定单位
Value=2 英寸为单位
Value=3 厘米为单位

********************************************************************
RowsPerStrip 每个条状数据的图像行数
Tag = 278
Type = SHORT/LONG
N = 1

********************************************************************
SamplesPerPixel 每像素的取样数
Tag = 277
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=1

Value=1 表示是黑白，灰度或者调色板图像
Value=3 表示是RGB图像

********************************************************************
Software 生成图像的软件名称及版本号
Tag = 305
Type = ASCII
N = 根据内容来定

********************************************************************
StripByteCounts 每个条状数据在文件中的字节数
Tag = 279
Type = SHORT/LONG
N = StripsPerImage 如果PlanarConfiguration=1
=StripsPerImage*SamplesPerPixel如果PlanarConfiguration=2
其中StripsPerImage不是标签(StripsPerImage=(ImageLength+RowPerStrip-1)/RowsPerStrip

********************************************************************
StripOffsets 每个条状数据在文件中的偏移量
Tag = 273
Type = SHORT/LONG
N = StripsPerImage 如果PlanarConfiguration=1
=StripsPerImage*SamplesPerPixel如果PlanarConfiguration=2
其中StripsPerImage不是标签(StripsPerImage=(ImageLength+RowPerStrip-1)/RowsPerStrip

********************************************************************
SubfileType 已经由NewSubfileType标签取代
Tag = 255
Type = SHORT
N = 1

********************************************************************
Threashholding 定义由非黑白图像变换至黑白图像的技术
Tag = 263
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=1

Value=1 未采用任何技术
Value=2 采用抖色(dither)或半色调(halftone)的技术
Value=3 采用误差扩散(error diffusion)技术


********************************************************************
XResolution 单位长度上的图像水平分辨率
Tag = 282
Type = RATIONAL
N = 1

********************************************************************
YResolution 单位长度上的图像垂直分辨率
Tag = 283
Type = RATIONAL
N = 1








压缩方法说明：
PackBits Compression
PackBits Compression 方法与Pcx图像文件中的压缩方法类似，编码原则
*图像数据是以字节为单位来进行编码
*每条扫描线必须分开压缩
*若遇到重复的图像数据，其长度值为iCount,则先存入数据长度值(iCount-1)，然后再存入重复的图像数据。
*若遇到不重复的图像数据，其长度值为iCount,则先存入数据长度值(iCount-1),在存入不重复的图像数据。

假设一条扫描显得数据如下：
0x09 0x09 0x09 0x09 0x09 0x13 0xF9 0x 09 0x08 0x08 0x08
其编码结果为：
0xFC 0x09 0x02 0x13 0xF9 0x09 0xFE 0x08

*由于iCount的最大值仅能为128，所以如果(iCount>128），则必须分几次处理。
假设一条扫描线的数据为132*0x98,则其编码结果为
0x81 0x98 0xFD 0x98

由上可得，如果数据为压缩，该字节左第一位为1

PackBits解码的伪代码如下：


变量 bytevar,iCount;

1. 读一字节数据到bytevar
2. if(bytevar&0x80)
{
if(bytevar!=0x80)
{
iCount=-bytevar+1;
读下一个字节并将其重复iCount次
}
}
else
{
iCount=bytevar+1;
直接读取iCount个字节的数据
};

3.重复(1),(2)过程直至完成一行