Android源码阅读——GIF解码（如何提取各帧图片）
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源码：GifDecoder大家要是看到有错误的地方或者有啥好的建议，欢迎留言评论
前言：阅读优秀的源码可以大大提高我们的开发水平，遂开个新坑 记录优秀源码（Android源代码、各种开源库等等）的分析和解读，学习别人是怎样实现某个功能的。本期我们的主角是 GIF的解码，我们将从GIF解码的源码 GifDecoder入手，分析其实现的原理和过程，希望能帮到大家~（ GifDecoder源码（博主已对源码里面各方法及参数进行了注释，请放心食用 ~）链接已在上方贴出来了，该源码参考了Glide开源库解析GIF部分的代码，但由于是很久之前看到的，具体出处已无从考证，有知道的小伙伴可以留言告诉我）
目录
- GIF结构简述
- GifDecoder的初始化
- 判断传入文件格式
- 读取GIF大小、颜色深度等全局属性
- 提取各帧图片
GIF结构简述
相关博文链接
在分析源码之前，我们得先对GIF图片的构成有一个初步的了解（详细解析请看上方链接），见下图
图中加粗部分既是保存我们所需要提取图片的地方（一帧图像对应一个图像块）。虽然我们知道了存储每一帧图像信息的位置，但我们不能直接从中取出图片，因为在计算机中，所有的文件都是以二进制的形式存储的，而Java读取文件需要按顺序一个一个字节地读。因此GIF的解码过程，实际上就是从文件头(File Header)开始，按顺序遍历每一个字节，当读到我们需要的信息（图像数据）时，就将其提取出来。下面我们就开始分析GifDecoder是如何实现GIF解码的
GifDecoder的初始化
先来看看GifDecoder的初始化和使用示例，代码如下
try {
InputStream is = getContentResolver().openInputStream(uri);
GifDecoder gifDecoder = new GifDecoder();
int code = gifDecoder.read(is);
if (code == GifDecoder.STATUS_OK) {//解码成功
GifDecoder.GifFrame[] frameList = gifDecoder.getFrames();
} else if (code == gifDecoder.STATUS_FORMAT_ERROR) {//图片格式不是GIF
} else {//图片读取失败
}
}catch (FileNotFoundException e){
e.printStackTrace();
}
其中参数uri为GIF图片的Uri路径，frameList为解码的结果，即GIF图片中各帧的集合,里面包括各帧静态图Bitmap和延迟时间。GifFrame是保存各帧的对象，具体实现和内部属性如下
/**
* 各帧对象
*/
public static class GifFrame {
public Bitmap image;//静态图Bitmap
public int delay;//图像延迟时间
public GifFrame(Bitmap im, int del) {
image = im;
delay = del;
}
}
GifDecoder定义了三种解码状态
public static final int STATUS_OK = 0;//解码成功
public static final int STATUS_FORMAT_ERROR = 1;//图片格式错误
public static final int STATUS_OPEN_ERROR = 2;//打开图片失败
从GifDecoder的使用示例中，我们可以看到GifDecoder解码GIF图片的入口为read(InputStream is)方法，具体实现如下
protected int status;//解码状态
protected Vector<GifFrame> frames;//存放各帧对象的数组
protected int frameCount;//帧数
protected int[] gct; //全局颜色列表
protected int[] lct; //局部颜色列表
/**
* 解码入口，读取GIF图片输入流
* @param is
* @return
*/
public int read(InputStream is) {
init();
if (is != null) {
in = is;
readHeader();
if (!err()) {
readContents();
if (frameCount < 0) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
}
}
} else {
status = STATUS_OPEN_ERROR;
}
try {
is.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return status;
}
/**
* 初始化参数
*/
protected void init() {
status = STATUS_OK;
frameCount = 0;
frames = new Vector<GifFrame>();
gct = null;
lct = null;
}
/**
* 判断当前解码过程是否出错
* @return
*/
protected boolean err() {
return status != STATUS_OK;
}
可以看到read(InputStream is)方法中体现了完整的解码流程以及状态判断，其调用的readHeader()和readContents()即为具体的GIF内部数据读取方法。下一节我们将深入readHeader()方法看看GifDecoder是如何处理GIF文件头(File Header)的
判断传入文件格式
解码之前肯定要先判断解码的对象是否为GIF图片，readHeader()中就实现了此判断过程，判断文件格式的代码部分如下
/**
* 读取GIF 文件头、逻辑屏幕标识符、全局颜色列表
*/
protected void readHeader() {
//根据文件头判断是否GIF图片
String id = "";
for (int i = 0; i < 6; i++) {
id += (char) read();
}
if (!id.toUpperCase().startsWith("GIF")) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
return;
}
//解析GIF逻辑屏幕标识符和全局颜色列表
...
}
/**
* 按顺序一个一个读取输入流字节，失败则设置读取失败状态码
* @return
*/
protected int read() {
int curByte = 0;
try {
curByte = in.read();
} catch (Exception e) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
}
return curByte;
}
怎么理解这段代码呢？前文我们提到文件头(File Header)中包含了GIF的文件署名和版本号，共占6个字节（见下图），其中前3个字节存放的是GIF的文件署名，即‘G’、‘I’、‘F’三个字符，那么这段代码就很好理解了，就是根据读取出来的文件头字符串开头是否为‘GIF’来判断此文件格式符不符合要求
文件头(File Header)
读取GIF大小、颜色深度等全局属性
readHeader()中还有一部分代码，如下
protected boolean gctFlag;//是否使用了全局颜色列表
protected int bgIndex; //背景颜色索引
protected int gctSize; //全局颜色列表大小
protected int bgColor; //背景颜色
protected void readHeader() {
//根据文件头判断是否GIF图片
...
//读取GIF逻辑屏幕标识符
readLSD();
//读取全局颜色列表
if (gctFlag && !err()) {
gct = readColorTable(gctSize);
bgColor = gct[bgIndex];//根据索引在全局颜色列表拿到背景颜色
}
}
其对应的正是GIF数据流(GIF Data Stream)的前两部分逻辑屏幕标识符(Logical Screen Descriptor)与全局颜色列表(Global Color Table)的解析，也就是说readHeader()完成了读取GIF图像数据前所有全局属性、配置信息的读取与解析。接下来我们先看readLSD()方法是如何解析逻辑屏幕标识符(Logical Screen Descriptor)（见下图）的
逻辑屏幕标识符(Logical Screen Descriptor)
protected int width;//完整的GIF图像宽度
protected int height;//完整的GIF图像高度
protected int pixelAspect; //像素宽高比(Pixel Aspect Radio)
/**
* 读取逻辑屏幕标识符(Logical Screen Descriptor)与全局颜色列表(Global Color Table)
*/
protected void readLSD() {
//获取GIF图像宽高
width = readShort();
height = readShort();
/**
* 解析全局颜色列表(Global Color Table)的配置信息
* 配置信息占一个字节，具体各Bit存放的数据如下
* 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
* | m | cr | s | pixel |
*/
int packed = read();
gctFlag = (packed & 0x80) != 0;//判断是否有全局颜色列表（m,0x80在计算机内部表示为1000 0000）
gctSize = 2 << (packed & 7);//读取全局颜色列表大小（pixel）
//读取背景颜色索引和像素宽高比(Pixel Aspect Radio)
bgIndex = read();
pixelAspect = read();
}
/**
* 读取两个字节的数据
* @return
*/
protected int readShort() {
return read() | (read() << 8);
}
根据readLSD()的读取结果，我们知道了此GIF图像中是否含有全局颜色列表(Global Color Table)（见下图），如果有，就调用readColorTable(int ncolors)方法获取全局颜色列表
全局颜色列表(Global Color Table)
/**
* 读取颜色列表
* @param ncolors 列表大小，即颜色数量
* @return
*/
protected int[] readColorTable(int ncolors) {
int nbytes = 3 * ncolors;//一个颜色占3个字节（r g b 各占1字节），因此占用空间为 颜色数量*3 字节
int[] tab = null;
byte[] c = new byte[nbytes];
int n = 0;
try {
n = in.read(c);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
if (n < nbytes) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
} else {//开始解析颜色列表
tab = new int[256];//设置最大尺寸避免边界检查
int i = 0;
int j = 0;
while (i < ncolors) {
int r = ((int) c[j++]) & 0xff;
int g = ((int) c[j++]) & 0xff;
int b = ((int) c[j++]) & 0xff;
tab[i++] = 0xff000000 | (r << 16) | (g << 8) | b;
}
}
return tab;
}
至此readHeader()我们就分析完了，接下来分析readContents()方法是如何提取GIF图像的各帧图片的
提取各帧图片
我们先直接观察readContents()方法内部是如何运作的
/**
* 读取图像块内容
*/
protected void readContents() {
boolean done = false;
while (!(done || err())) {
int code = read();
switch (code) {
//图象标识符(Image Descriptor)开始
case 0x2C:
readImage();
break;
//扩展块开始
case 0x21: //扩展块标识，固定值0x21
code = read();
switch (code) {
case 0xf9: //图形控制扩展块标识(Graphic Control Label)，固定值0xf9
readGraphicControlExt();
break;
case 0xff: //应用程序扩展块标识(Application Extension Label)，固定值0xFF
readBlock();
String app = "";
for (int i = 0; i < 11; i++) {
app += (char) block[i];
}
if (app.equals("NETSCAPE2.0")) {
readNetscapeExt();
} else {
skip(); // don't care
}
break;
default: //其他扩展都选择跳过
skip();
}
break;
case 0x3b://标识GIF文件结束，固定值0x3B
done = true;
break;
case 0x00: //可能会出现的坏字节，可根据需要在此处编写坏字节分析等相关内容
break;
default:
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
}
}
}
readContents()的核心流程就是根据块的标识来判断当前解码的位置，调用相应的方法对数据块进行解码。如果GIF版本为89a，则数据块中可能含有扩展块（可选）。其中图像延迟时间存放在图形控制扩展(Graphic Control Extension)中，因此我们重点分析如何读取图形控制扩展(Graphic Control Extension)（见下图），其他扩展块解码大家可以对照着代码注释和GIF结构的相关知识自行研究，这里就不多赘述了
图形控制扩展(Graphic Control Extension)
解码图形控制扩展(Graphic Control Extension)的方法为readGraphicControlExt()，有了上图对各字节的说明其代码也就很容易理解了，如下
/**
* 读取图形控制扩展块
*/
protected void readGraphicControlExt() {
read();//按读取顺序，此处为块大小
int packed = read();//读取处置方法、用户输入标志等
dispose = (packed & 0x1c) >> 2; //从packed中解析出处置方法(Disposal Method)
if (dispose == 0) {
dispose = 1; //elect to keep old image if discretionary
}
transparency = (packed & 1) != 0;//从packed中解析出透明色标志
delay = readShort() * 10;//读取延迟时间(毫秒)
transIndex = read();//读取透明色索引
read();//按读取顺序，此处为标识块终结(Block Terminator)
}
GIF中可能含有多个图像块，图像块包含图象标识符(Image Descriptor)（见下图）、局部颜色列表(Local Color Table)（根据局部颜色列表标志确定是否存在）以及基于颜色列表的图象数据(Table-Based Image Data)
图象标识符(Image Descriptor)
readContents()方法中遍历了所有图像块，并调用readImage()进行解码，代码及注释如下
protected boolean lctFlag;//局部颜色列表标志(Local Color Table Flag)
protected boolean interlace;//交织标志(Interlace Flag)
protected int lctSize;//局部颜色列表大小(Size of Local Color Table)
/**
* 按顺序读取图像块数据：
* 图象标识符(Image Descriptor)
* 局部颜色列表(Local Color Table)（有的话）
* 基于颜色列表的图象数据(Table-Based Image Data)
*/
protected void readImage() {
/**
* 开始读取图象标识符(Image Descriptor)
*/
ix = readShort();//x方向偏移量
iy = readShort();//y方向偏移量
iw = readShort();//图像宽度
ih = readShort();//图像高度
int packed = read();
lctFlag = (packed & 0x80) != 0;//局部颜色列表标志(Local Color Table Flag)
interlace = (packed & 0x40) != 0;//交织标志(Interlace Flag)
// 3 - sort flag
// 4-5 - reserved
lctSize = 2 << (packed & 7);//局部颜色列表大小(Size of Local Color Table)
/**
* 开始读取局部颜色列表(Local Color Table)
*/
if (lctFlag) {
lct = readColorTable(lctSize);//解码局部颜色列表
act = lct;//若有局部颜色列表，则图象数据是基于局部颜色列表的
} else {
act = gct; //否则都以全局颜色列表为准
if (bgIndex == transIndex) {
bgColor = 0;
}
}
int save = 0;
if (transparency) {
save = act[transIndex];//保存透明色索引位置原来的颜色
act[transIndex] = 0;//根据索引位置设置透明颜色
}
if (act == null) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;//若没有颜色列表可用，则解码出错
}
if (err()) {
return;
}
/**
* 开始解码图像数据
*/
decodeImageData();
skip();
if (err()) {
return;
}
frameCount++;
image = Bitmap.createBitmap(width, height, Bitmap.Config.RGB_565);
setPixels(); //将像素数据转换为图像Bitmap
frames.addElement(new GifFrame(image, delay));//添加到帧图集合
// list
if (transparency) {
act[transIndex] = save;//重置回原来的颜色
}
resetFrame();
}
readImage()中分三步进行：读取图象标识符(Image Descriptor)、读取局部颜色列表(Local Color Table)和解码图像数据。其中图像数据是如何解码并转换成Bitmap图像因为太复杂这里就不详细展开描述了，以后可能会专门写个番外篇进行分析，当然小伙伴们也可以自行阅读分析这部分源码：decodeImageData()、setPixels()
至此 GifDecoder就基本分析完了，如果有讲解不到位的地方欢迎大家留言指正。如果大家看了感觉还不错麻烦点个赞，你们的支持是我最大的动力~
