hanhan博客 - Exif 格式

Exif 格式

2021-10-3

文件格式

JPEG 文件格式的基本结构如图 1 所示，由各个段组成。其中的 DQT、DHT、SOF、SOS 段已经在文章写一个简易的 JPEG 解码器中介绍过了。还未介绍的 APP 段是用来存储各种应用数据的，本篇文章介绍其中的一种应用数据 —— Exif，它存储在 APP1 段。

Exif 是 Exchangeable image file format 的缩写，即“可交换图像文件格式”。它是专门为数码相机照片设定的文件格式，可以记录照片的各种元数据。Exif 的大致结构如图 1 的右边所示，后续会详细介绍。

Exif 格式基于 TIFF 格式（Tagged Image File Format，标签图像文件格式）。以下是 Exif 和 TIFF 的标准文档：

本篇文章虽然只基于 Exif 格式铺开，但是从标准文档中也可以看出，JPEG、Exif、TIFF 已经是“互存”的关系了，每篇文档里都会对彼此花上不少篇幅的介绍。

APP1 标记段的结构如图 2 所示，首先是 2 字节的标记符——0xFF 0xE1，代表是 APP1 段。接着是 2 字节的长度域，表示该段的总长度（包括此域自身，不包括标记符）。这些是 JPEG 标准文档中规定的内容。

再往后是 ascii 码—— Exif\0\0，称作 Exif 标识码，作用是为了防止与其他的应用冲突，起到标识的作用。

再往后就是 Exif 的真正内容了，因为其基于 TIFF 格式，所以下一节开始介绍 TIFF 格式。

在说明 TIFF 结构 ³ 之前，先说明一下相关的术语：一条记录（或一个参数）记录在一个 Entry 里面。多个 Entry 组成一组，称为 Image File Directory (IFD)。

TIFF 的总体结构如图 3 所示，头部结构中指示第一个 IFD，IFD 中存储了各个 Entry。IFD 的尾部指示下一个 IFD，以类似链表的方式连接在一起。单个 Entry 的结构在图 3 的右侧，后续会详细说明各个字段。

TIFF 的头部由 8 个字节组成，依次如下：

Bytes 0-1 : 指明 TIFF 数据的字节端序。"II" 表示小端序；"MM" 表示大端序。

Bytes 2-3 : 值为 42。指示是一个 TIFF 文件。有点类似魔数的概念。注意字节端序从现在已经“生效”了。

Bytes 4-7 : 第一个 IFD 的偏移，单位为字节。偏移是以 TIFF 文件为参照的，文件第一个字节（即这边介绍的头部）的偏移是 0。

TIFF 中的偏移基于 TIFF 头部，并未基于之前所说的 APP1 段。

IFD 由 3 部分组成：首先是 2 字节指明 Entry 的数量；接着是指定数量的 Entry，每个 Entry 占 12 字节；最后是 4 字节，指示下一个 IFD 的偏移，如果没有下一个 IFD 则为 0。

如果没有下一个 IFD，最后 4 字节为 0x00000000。

一个 IFD Entry 占 12 字节，布局如下：

Bytes 0-1 : Tag 值，指明值的含义。

Bytes 2-3 : Type 值，指明值的类型。

Bytes 4-7 : Count 值，指明值的个数。注意这边的单位是“个”，实际存储的大小依据值的类型。比如值为一个 16bit 的字（SHORT），则 Count 值为 1，不是 2。

Bytes 8-11 : 值的偏移或者值本身（Value/Offset）。如果值占的总字节数不大于 4，则值直接放在此字段。否则此字段存放的是值所在的偏移。