GIF图像文件结构

GIF（Graphics Interchange Format）是由 CompuServe 于 1987 年推出的图像格式，广泛用于简单动画和低色彩图像。其文件结构基于块（Blocks）组织，支持调色板（Palette） 、透明色 和多帧动画。

一、总体结构

一个 GIF 文件由以下主要部分组成：

复制代码

+---------------------+
| Header              | ← 标识 GIF 版本
+---------------------+
| Logical Screen Descriptor | ← 全局画布信息
+---------------------+
| Global Color Table  | ← 可选，全局调色板
+---------------------+
| Data Blocks         | ← 图像数据或扩展块（可多个）
|   ├── Graphic Control Extension (GCE) ← 动画/透明控制
|   ├── Image Descriptor + Local Color Table + Image Data
|   ├── Comment Extension
|   ├── Plain Text Extension（已废弃）
|   └── Application Extension（如 Netscape 动画循环）
+---------------------+
| Trailer             | ← 文件结束标记（0x3B）
+---------------------+

所有多字节整数均采用 小端序（Little-endian）

二、详细组成部分

偏移	内容	说明
0--2	`"GIF"`	固定 ASCII 字符串
3--5	版本号	通常是 `"87a"` 或 `"89a"`

GIF87a：原始版本，不支持动画、透明等
GIF89a ：增强版，支持：
- 透明色（Transparent Color）
- 动画（通过 Application Extension）
- 注释、文本等扩展块

现代 GIF 几乎都是 GIF89a

2. Logical Screen Descriptor（7 字节）

描述整个 GIF 的"逻辑屏幕"（即画布）大小和全局属性：

字节	长度	说明
0--1	Width	画布宽度（像素）
2--3	Height	画布高度（像素）
4	Packed Fields	位字段（见下表）
5	Background Color Index	背景色在全局调色板中的索引
6	Pixel Aspect Ratio	像素宽高比（通常为 0，表示无指定）

Packed Fields（第 4 字节）：

位	含义
7	Global Color Table Flag（1 = 存在全局调色板）
6--4	Color Resolution（颜色分辨率，实际很少用）
3	Sort Flag（调色板是否按重要性排序，通常为 0）
2--0	Size of Global Color Table（N，调色板大小 = 2^(N+1)）

例如：若该字节为 0b10010001 →

有全局调色板（bit 7 = 1）

Size = 1 → 调色板条目数 = 2^(1+1) = 4

3. Global Color Table（可选）

若 Global Color Table Flag = 1，则紧跟在此处
每个颜色占 3 字节（RGB，各 1 字节）
总长度 = 3 × 2^(N+1) 字节

示例：若 N=2 → 调色板有 8 个颜色 → 占 24 字节

4. Data Blocks（主体内容，可重复）

每个块以一个 Block Type（1 字节） 开头：

Block Type (Hex)	类型	说明
`0x2C`	Image Descriptor	图像帧数据开始
`0x21`	Extension Introducer	扩展块开始（后面跟标签）
`0x3B`	Trailer	文件结束

A. Extension Blocks（以 0x21 开头）

格式：

复制代码

21 [Label] [BlockSize] [Data...] [0x00]

常见 Label：

Label (Hex)	名称	用途
`0xF9`	Graphic Control Extension (GCE)	控制帧延迟、透明色、处置方式
`0xFE`	Comment Extension	注释（可含任意文本）
`0x01`	Plain Text Extension	已废弃
`0xFF`	Application Extension	如 Netscape 动画循环

▶ Graphic Control Extension（GCE，最常用）

长度固定为 4 字节数据 + 1 字节块结束（0x00）
结构：

字节	说明
0	Block Size（通常为 4）
1	Packed Fields（含透明、处置方式）
2--3	Delay Time（帧持续时间，单位 1/100 秒）
4	Transparent Color Index（透明色索引）
5	Block Terminator (`0x00`)

Packed Fields（第 1 字节）：

位	含义
7--6	Disposal Method（帧后处理方式）
5	User Input Flag（是否等待用户输入，几乎不用）
4	Transparent Color Flag（1 = 启用透明色）
3--0	保留（必须为 0）

Disposal Method 常见值：

0 或 1：不清除，直接绘制下一帧（叠加）
2：恢复为背景色
3：恢复为前一帧（用于擦除动画）

▶ Application Extension（动画循环）

用于指定 GIF 循环次数（Netscape 标准）
典型结构：

21 FF 0B
4E 45 54 53 43 41 50 45 20 32 2E 30 ← "NETSCAPE2.0"
03
01
[LO][HI] ← 循环次数（0 = 无限循环）
00

注意：[LO][HI] 是小端序的 2 字节整数

B. Image Descriptor（0x2C）

每帧图像的开始：

字节偏移	长度	说明
0	1	`0x2C`
1--2	2	Left（图像左上角 X 坐标）
3--4	2	Top（Y 坐标）
5--6	2	Width
7--8	2	Height
9	1	Packed Fields

Packed Fields（第 9 字节）：

位	含义
7	Local Color Table Flag（1 = 使用局部调色板）
6	Interlace Flag（1 = 隔行扫描）
5	Sort Flag（局部调色板是否排序）
4--0	Size of Local Color Table（N，条目数 = 2^(N+1)）

如果 Local Color Table Flag = 1，则紧跟 局部调色板（格式同全局）

C. Image Data（LZW 压缩）

紧跟在 Image Descriptor（和局部调色板，如果有）之后：

第 1 字节：LZW Minimum Code Size（通常为颜色深度，如 8 色 → 3）
后续为 子块（Sub-blocks） ：
- 每个子块：1 字节长度（1--255）+ 数据
- 以 长度为 0 的子块 （0x00）结束

GIF 使用 LZW（Lempel-Ziv-Welch） 压缩算法，但对原始 LZW 做了修改（如 Clear Code、End Code 等）

5. Trailer（1 字节）

固定值：0x3B
表示文件结束

三、典型 GIF 文件结构（动画示例）

text 复制代码

GIF89a
Logical Screen Descriptor
Global Color Table (256 colors)
Application Extension: NETSCAPE2.0 (loop forever)

Graphic Control Extension (delay=100, transparent index=0)
Image Descriptor (frame 1 at 0,0)
Image Data (LZW compressed)

Graphic Control Extension (delay=100, transparent index=0)
Image Descriptor (frame 2 at 0,0)
Image Data

...
Trailer (0x3B)

四、关键限制与特点

特性	说明
颜色数	最多 256 色（8-bit 索引）
透明	仅支持单色透明（一个索引值）
动画	通过多帧 + GCE + Application Extension 实现
压缩	LZW（无损）
最大尺寸	每帧 ≤ 65535×65535，但实际受浏览器限制
隔行扫描	支持（Interlace），用于渐进显示

五、参考资料

GIF89a 官方规范：https://www.w3.org/Graphics/GIF/spec-gif89a.txt
工具：gifsicle（可解析/优化 GIF）、xxd（十六进制查看）

如需深入了解 LZW 解码过程 、动画帧合成逻辑 或 如何手动构造 GIF，我可以进一步展开说明。