一个很古老，很简单 的图像格式；同时又是存在各种扩展，又超级复杂的图像格式。

TIFF(Tag Image File Format)是用于存储位图图像的计算机文件格式，在印刷行业和摄影界等很流行。它被扫描仪、传真机、文字处理、光学字符识别、桌面出版系统、图像处理、页面布局等程序广泛的支持。

TIFF格式由Aldus公司创建，最新版本（Tiff 6.0）发布于1992年。1994年Adobe Systems收购Aldus。

TIFF、PNG、JEPG是三种支持(deep-color)的图像格式。

Tiff 6.0 规格书

Tiff6.0 规格书包含下列部分：

• Part1: 基线TIFF （Baseline TIFF）
• Part2: TIFF扩展 （TIFF Extensions）
• Part3: 附件 （Appendices）

基线TIFF（Baseline TIFF）

• 多页面或子文件（Multiple subfiles）
  • 每个TIFF文件可以包含多页图像（multi-page images）
  • 每一个图像需要一个IFD（Image File Directory）
  • 每个IFD定义一个子文件（subfile）。
• 带（Strips）
  • 一个图像可以有多个带（Strip）构成。
  • 每一个带由一行或多行图像数据构成，每个带可以使用不同的压缩算法。
  • 如果没有Strip的标记，认为图像只有一个Strip构成。
• 压缩（Compression）
  • 1 无压缩 （默认）
  • 2 CCITT Group 3 1（只用于二值图像）
  • 32773 PackBits Compression
• 图像类型
  • 二值图像 bilevel
  • 灰度图像 grayscale
  • 调色板 pallette-color
  • 真彩图像 RGB full-color
• 字节序
  • "II"(Intel byte ordering)小端
  • "MM"（Motoroia byte ordering）大端
• 其他字段（Other TIFF fields）
  • 规范中没有的字段，Reader需要能处理并忽略

TIFF扩展（TIFF Extensions）

引入更多的图像类型（CMYK、YCbCr、HalftoneHints、Tiled、CIELab）和压缩格式（CCITT T.4 bilevel、CCITT T.6 bilevel、LZW、JPEG）；引入SUBIFD标签支持图像树（Image Trees）；私有Tag。

• Image Trees
  • SUBIFD 用于标记子IFD
• Tiled
  • 一个TIFF图像可以有多个大小相同的图像平铺构成，类似于Strips。
  • Baseline Reader不要求读Tiled图像。
• Private tags
  • 32768~64999和65536及以上 的Tag 是私有的，仅对个人或组织有意义，但是需要向Adobe申请，由Adobe进行分配，以避免冲突。（TIFF/EP定义的一些新标签位于该段）
  • 65000~65535的Tag，可以复用，无需注册登记

• Private IFD
  • 如果需要10个以上的私有Tag，考虑使用私有IFD
  • 定义一个类型为LONG或IFD类型的私有Tag，其值作为offset指向其他区域（该区域怎么用是完全自由的）。

压缩格式

关注 LZW JPEG ZIP

• LZW 之所以不再TIFF6.0 BaseLine里面，是因为当时有专利。（2003年过期）
• LZW 对16位深度的图像，压缩效果很不好，甚至比压缩前体积更大。
• JPEG: TIFF 6.0引入的 "6"(老的，libtiff对其支持也不好); TIFF Technical Note#2 引入的 “7”（新的，也在TIFF/EP中使用）
• ZIP(Deflate/Inflate) 放气充气，值为“8”：TIFF Technical Note#2引入
• ZIP(Deflate/Inflate)，值为32946：存在时间更早，“8”和它通用
  • Photoshop可以读，但写时使用"8"??(Fix me!!)

TIFF/EP

TIFF/EP（Tag Image File Format/Electronic Photography) 是数码图像文件的国际标准 ISO 12234-2 。文件后缀名也是 .tiff 或 .tif。该标准发布于2001年。

Adobe 的 DNG 格式基于 TIFF/EP 标准（兼容）。

当前数码相机保存图片的工业标准是 Exif/DCF。

与TIFF6.0、EXIF的关系

• TIFF/EP遵守 TIFF6.0 的标准，并使用和TIFF6.0同样的文件头。
  • 但是它定义了一些放置到第一个IFD中的标签（TAG），并忽略了不少TIFF6.0中的标签。
  • TIFF/EP不允许缺省值，所有的值必须显式设置。

• TIFF/EP和Exif标准有一些显著的区别。
  • Exif标准中位于 Exif Sub-IFD 的标签现在直接位于第一个 IFD中。
  • Exif IFD Sub-IFD，互操作的 Sub-IFD以及MakerNode都被省略。
  • TIFF/EP 定义了一个处理缩微图的方法。该方法不同于Exif标准中的方法。
  • TIFF/EP 重新定义了一些 Exif标准中定义的标签。

压缩格式

TIFF/EP可以存储无压缩格式，或者JPEG基线DCT-Based有损压缩。TIFF/EP允许使用其他的格式，但不强制要求Reader能读。

不同于TIFF6.0中，压缩格式默认是无压缩，可以省略Tag（259），TIFF/EP必须通过Tag来指定，不能省略。

缩微图必须是无压缩的，即：IFD的Tag(259)值必须是1。（当主图像采用JPEG压缩或其他压缩格式时，必须存在缩微图，且需要在第一个IFD中，以便与TIFF6.0BaseLine Reader兼容）

DNG(Digital Negative)

文件后缀: .dng

DNG是TIFF 6.0格式的扩展，并且与TIFF/EP兼容。一个DNG文件同时遵守DNG规范和TIFF/EP标准是可行的（不强制要求）。

• DNG建议使用SubIFD树（见TIFF/EP中描述）。SubIFD链（chain）不被支持。
• DNG建议第一个IFD中包含一个低分辨率的缩微图（如TIFF/EP规范所描述），但不强制。

对Reader、Writer的要求

Reader

• Reader必须能处理多页的TIFF文件，但不强制要求Baseline Reader读第一个IFD之后的任何一个IFD（换言之，大量的Baseline Reader可能只读第一个IFD）。
• Reader必须支持BaseLine中的三种压缩方式（无压缩、CCITT Group3 1、PackBits Compression）。注：TIFF/EP的Reader必须支持（无压缩、JPEG压缩）。
• Reader必须能读取大端和小端的TIFF图像
• Reader必须准备好处理并能忽略不认识（TIFF规范中未定义）的Tag
• Reader不能拒绝读取可选Field（比如Make、Model、DateTime等）不存在的TIFF文件。
• Reader必须能读取缺省Field存在和不存在的情况。
• Reader应当跳过不认识的字段类型（比如不排除以后会有新的类型）的Field
• TIFF可能包含新的Pixel类型，如果字段SampleFormat存在且其值不为1，BaseLine Reader需要结束读流程。
• TIFF中的单像素可能包含超出我们想象的通道，BaseLine Reader需要借助SmaplesPrePixel和BitsPreSample字段的值优雅地跳过它们。

Writer

• 缺省的Field，可写可不写。
• TIFF6.0要求：如果TIFF中有多个页面，第一个必须是全分辨率图像，后续的图像（比如缩减分辨率图像）可以按任何顺序。对这些图像，Reader需要遍历相应的IFD来决定如何处理
  • 但是TIFF/EP 以及DNG都建议在IFD0中放置缩微图。
• TIFF6.0要求：任何引用都不能在多处出现。

TIFF格式

TIFF文件结构

TIFF是图像文件格式，它以一个8字节的文件头开始的，文件头指向一个IFD（Image File Directory），IFD包含图像的信息，以及一个指向真实数据的指针。

文件头

文件头固定占用8个字节。

注：TIFF/EP标准建议判断版本时使用 VERSION >= 42，而不是VERSION==42

IFD(Image File Directory)

一个TIFF文件至少包含一个IFD。

一个IFD中至少包含一个DE(Directory entry)，最多包含65535个？所有的Tag需要按升序排序。每一个Tag精确占12个字节。

IFD Entry（Tag）

TIFF field：包含Tag和其值的逻辑实体（entry）。每一个Field都有一个关联的Count，也就是说所有的Field都是一个一维的数组，即使是大多数Field只包含一个值。

如果 数据大小*个数 <=4，则可以直接存储（小于4，则左对齐，存在低位），反之则需要在其他地方存储，此处只存储偏移值。

注意： * 偏移值不能认为是LONG类型 * TIFF标准禁止在Tag数据中包含偏移值，标准中定义的(TileOffsets、StripOffsets、...)除外。

数据类型

如果Reader遇到不认识的TYPE，要跳过该Tag。

一些可选Field

描述性的：

有其他意义的：

不建议用：

图像数据

灰度图像

对于灰度图像（Grayscale Image），以下Field是必须的

TIFF/EP要求，IFD0中必须存在下列Field

【Tiff扩展】如果使用Tile而不是Strip方式的话，StripOffsets、RowsPreStrip和StripByteCount被相应的Tile字段取代，Strip不是必须的。

索引图像

对于调色板索引图像，和灰度图像相比，PhotometricInterpretation和SamplesPerPixel取值不一样，并多一个ColorMap。

真彩图像

对于真彩色图像，和灰度图像相比，BitsPerSample、SamplesPrePixel和PhotometricInterpretation取值不一样。

平铺（Tile）

在Baseline Tiff 6.0中，图像数据使用Strip方式。如果支持Tiff 6.0扩展的话，图像数据可以使用Strip或Tile方式（在一个图像中，只能二选一）。

TIff6.0要求：TileWidth和TileLength 必须是16的整数倍。Tile不一定的正方的，建议 的 TileWidth 与 TileLength 乘积位于 4K~32K。（也就是64x64,256x128,个人感觉有点小，所以不接受它的建议）

Strips模式下，Tiff6.0建议每个strip的大小不超过8K。如果单行超过8K，那么rowsperstrip建议用1.

了解术语：TilesAcross、TilesDown、TilesPerImage

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TilesAcross = (ImageWidth + TileWidth - 1) / TileWidth
TilesDown = (ImageLength + TileLength - 1) / TileLength
TilesPerImage = TilesAcross * TilesDown

缩微图（Thumbnail）

TIFF/EP 引入缩微图支持。通过SubIFDs和NewSubFileType标签，IFD变成树型（tree）结构而不再是链式（chain）结构。

对缩微图IFD，TIFF/EP要求： * NewSubFileType 取值必须是1（DNG除了主缩微图外，允许使用替代的缩微图，取值 10001.H）。 * PhotometricInterpretation 取值仅限于1,2,6 * Compression 取值必须是1 * 缩微图大小不超过宽度和高度(256x256)，必须使用Strip方式

• 当主图像采用JPEG压缩或其他压缩格式时，TIFF/EP 要求：必须存在缩微图，且需要在IFD0中。（以便兼容Baseline Reader）
• 当主图像数据比较大时，TIFF/EP建议：使用缩微图，且放置在IFD0中。（以便图像快速打开）

LibTiff 库

官网：http://simplesystems.org/libtiff/

• 老的官网： http://www.libtiff.org/ 【被劫持】

包含非常老的信息，有些信息是错误的。

• 老的官网：http://remotesensing.org/libtiff/ 【失去控制】

从2003年起作为官网，但2016年维护者失去控制。

文件打开

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TIFFOpen()
TIFFOpenW()
TIFFdOpen()
TIFFClientOpen()

前三个是第四个的马甲(注：Qt的Tiff插件，直接使用的第四个来对接QIODevice)。

打开模式：

• r:读
• w：写
• a：追加
• 4：配合w，写传统TIFF
• 8：配合w，写BigTIFF
• M：只读时启用内存映射文件
• m：禁用内存映射文件

其他选项，l、b、L、B、H、C、c 估计我们以后也不会使用的。

有这么一个说法，默认写入文件时，先写传统的TIFF头，但是给BigTiff头留出空间，当后期发现文件大于4G时，将头重写为BigTiff头，其他IFD的字段根据状况也进行重写，但是数据位置不动（来自 bigtiff.ofg）。

IFD

读IFD

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int TIFFReadDirectory(TIFF *tif)

• 读文件中的下一个IFD，并将其设为当前IFD
• 对于多页的tiff文件，只调用这一个函数就够了。
• ‘r’模式调用TIFFOpen()打开文件时，会自动调用该函数。

写IFD

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int TIFFWriteDirectory(TIFF *tif)
int TIFFRewriteDirectory(TIFF *tif)
int TIFFCheckpointDirectory(TIFF *tif)

• TIFFWriteDirectory()
  • 写入当前IFD的内容到文件中，同时为创建下一个IFD做好准备【内部调用了TIFFCreateDirectory()】。
  • 正常写入多页的tiff文件时，只调用这个函数就足够了。
  • 写模式下如IFD有修改，文件关闭【TIFFClose】或刷新【TIFFFlush】时，会自动调用该函数。
• TIFFReWriteDirectory()
  • 对于之前已经写入的IFD，将其从chain中断开。
  • 在文件尾部追加新的IFD，将其加入chian链中（效果上替换了老的IFD，但没有覆盖）。
• TIFFCheckpointDirectory()
  • 将当前IFD内容写入到文件中，但是不释放内存中的数据结构。这样可以持续追加Strip或Tile数据
  • 当文件完成时，调用TIFFWriteDirectory()完成写入。
  • 【尽量不要用这个东西】

切换IFD

设置当前的IFD

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int TIFFSetDirectory(TIFF *tif, tdir_t dirnum)
int TIFFSetSubDirectory(TIFF *tif, uint64 diroff)

前者使用dirnum【从0开始】，后者使用偏移值【这对subIFD很有用】。

前者需要从头遍历，也就是后者效率更高。

移除IFD

将指定的IFD从chain链中移除

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int TIFFUnlinkDirectory(TIFF* tif, uint16 dirn)

Tag

获取或写入Field，通过如下2个函数。

• TIFFGetField()
• TIFFSetField()

有些Field有默认值，通过如下成员获取

• TIFFGetFieldDefaulted()

注意事项

对XResolution 和 YResolution，其类型为Rational，但是set时需要使用一个double，get时需要使用float*

需要传入指针类型时，可以传入空指针，这样get内部会分配内存，在文件close时释放。

TIFFField

每一个内置的Tag/Field都有一个这样的结构体。有的Tag可以使用不同的数据类型，每一个数据类型都有这样的一个结构体。

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struct _TIFFField {
    uint32 field_tag;                       /* field's tag */
    short field_readcount;                  /* read count/TIFF_VARIABLE/TIFF_SPP */
    short field_writecount;                 /* write count/TIFF_VARIABLE */
    TIFFDataType field_type;                /* type of associated data */
    uint32 reserved;                        /* reserved for future extension */
    TIFFSetGetFieldType set_field_type;     /* type to be passed to TIFFSetField */
    TIFFSetGetFieldType get_field_type;     /* type to be passed to TIFFGetField */
    unsigned short field_bit;               /* bit in fieldsset bit vector */
    unsigned char field_oktochange;         /* if true, can change while writing */
    unsigned char field_passcount;          /* if true, pass dir count on set */
    char* field_name;                       /* ASCII name */
    TIFFFieldArray* field_subfields;        /* if field points to child ifds, child ifd field definition array */
};

注：一些老的资料可能会介绍TIFFFieldInfo，这个Info已经废弃，不建议使用。

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typedef struct {
  ttag_t    field_tag;          /* field's tag */
  short     field_readcount;    /* read count/TIFF_VARIABLE/TIFF_SPP */
  short     field_writecount;   /* write count/TIFF_VARIABLE */
  TIFFDataType field_type;      /* type of associated data */
  unsigned short field_bit;     /* bit in fieldsset bit vector */
  unsigned char field_oktochange;/* if true, can change while writing */
  unsigned char field_passcount;/* if true, pass dir count on set */
  char  *field_name;        /* ASCII name */
} TIFFFieldInfo;

int TIFFMergeFieldInfo(TIFF* tif, const TIFFFieldInfo info[], uint32 n)；

非内置的Tag

libTiff遇到位置的tag时，会自动注册这个Tag。可以通过下列函数来读取这些Tag

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const TIFFField* TIFFFindField(TIFF *, uint32, TIFFDataType);
const TIFFField* TIFFFieldWithTag(TIFF*, uint32);
const TIFFField* TIFFFieldWithName(TIFF*, const char *);

但是，如果应用程序需要定义自己的Tag来存储TIFF标准之外的信息（读和写）...

读写图像数据

• 高层接口：TIFFReadRGBAImage() 或 TIFFRGBAImageGet()
• 简单接口：TIFF{Read/Write}Sanline()
  • 不能用于tile模式
• Strip接口：TIFF{Read/Write}{Encoded/Raw}Strip()
• Tile接口：TIFF{Read/Write}Tile()、TIFF{Read/Write}{Encoded/Raw}Tile()

目前只考虑PLANARCONFIG_CONTIG，只考虑 索引、灰度 图像

Tile接口

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TIFFWriteTile(TIFF* tif, void* buf, uint32 x, uint32 y, uint32 z, uint16 s)

内部调用

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TIFFWriteEncodedTile(TIFF* tif, uint32 tile, void* data, tmsize_t cc)

压缩格式

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#define TIFFTAG_COMPRESSION     259 /* data compression technique */
#define     COMPRESSION_NONE        1   /* dump mode */
#define     COMPRESSION_CCITTRLE    2   /* CCITT modified Huffman RLE */
#define     COMPRESSION_CCITTFAX3   3   /* CCITT Group 3 fax encoding */
#define     COMPRESSION_CCITT_T4        3       /* CCITT T.4 (TIFF 6 name) */
#define     COMPRESSION_CCITTFAX4   4   /* CCITT Group 4 fax encoding */
#define     COMPRESSION_CCITT_T6        4       /* CCITT T.6 (TIFF 6 name) */
#define     COMPRESSION_LZW     5       /* Lempel-Ziv  & Welch */
#define     COMPRESSION_OJPEG       6   /* !6.0 JPEG */
#define     COMPRESSION_JPEG        7   /* %JPEG DCT compression */
#define     COMPRESSION_T85         9   /* !TIFF/FX T.85 JBIG compression */
#define     COMPRESSION_T43         10  /* !TIFF/FX T.43 colour by layered JBIG compression */
#define     COMPRESSION_NEXT        32766   /* NeXT 2-bit RLE */
#define     COMPRESSION_CCITTRLEW   32771   /* #1 w/ word alignment */
#define     COMPRESSION_PACKBITS    32773   /* Macintosh RLE */
#define     COMPRESSION_THUNDERSCAN 32809   /* ThunderScan RLE */
/* codes 32895-32898 are reserved for ANSI IT8 TIFF/IT <dkelly@apago.com) */
#define     COMPRESSION_IT8CTPAD    32895   /* IT8 CT w/padding */
#define     COMPRESSION_IT8LW       32896   /* IT8 Linework RLE */
#define     COMPRESSION_IT8MP       32897   /* IT8 Monochrome picture */
#define     COMPRESSION_IT8BL       32898   /* IT8 Binary line art */
/* compression codes 32908-32911 are reserved for Pixar */
#define     COMPRESSION_PIXARFILM   32908   /* Pixar companded 10bit LZW */
#define     COMPRESSION_PIXARLOG    32909   /* Pixar companded 11bit ZIP */
#define     COMPRESSION_DEFLATE     32946   /* Deflate compression */
#define     COMPRESSION_ADOBE_DEFLATE   8       /* Deflate compression,
                           as recognized by Adobe */

GeoTiff

GeoTiff文件是一个标准的TIFF6.0文件，它使用了一些私有的Tag，对Tag值的含义做了新的规定（格式）。

其中：

GeoAsciiParamsTag = first_value|second_value|...|

注：33918~33922 这5个私有Tag是“Intergraph's Private TIFF Tags”，是Aldus（现在的Adobe）授权给Intergraph使用的。但是TIFF任何正式的文档中没有提这个事情。

BigTiff

Tiff使用32位的偏移值，，文件最大支持到4G。BigTiff是TIFF的一个变体，它使用64位的偏移值。

• LibTiff4.0支持 BigTiff。
• Matlab支持 BigTiff。

链接：

• https://www.awaresystems.be/imaging/tiff/bigtiff.html
• http://www.bigtiff.org/

格式

如前所述，为了支持大偏移量，bigtiff引入三种新的tag类型

文件头

IFD

TAG Field

软件

Photoshop

Pyramin

Photoshop 保存Tiff图像时，有一个“存储图像金字塔（Save Image Pyramin）”选项。勾选该选项，保存出来的图像会包含SUBIFDS。

Photoshop CS6 存储图像金字塔时，其指向的IFD格式和普通的IFD不一样，无法直接解析。是否是Bug?? 更老的Photoshop使用过其他的方式，非SUBIFD？？

• LIBTIFF邮件列表： https://www.asmail.be/msg0055058889.html

Photoshop实现：IFD0 的SUBIFD中包含一个offset值，指向其第一个子IFD，第一个子IFD的offset指向第二个子IFD，依次类推。（而不是通过SUBIFD一次定义多个子IFD的offset值，libtiff中是这种实现）

缩微图

存储在私有tag中：Photoshop（34377）

https://www.awaresystems.be/imaging/tiff/tifftags/docs/photoshopthumbnail.html

ImageMagick

ImageMagick使用 .ptif 和 .ptiff 作为 Pyramid-encoded TIFF文件的后缀。其内容是普通chain风格的多个页面，每个页面的NewSubFileType都是2。

Qt 图像

在Qt中， QPixmap 宽和高都不能超过32768，QImage的大小没有限制，字节数<INT最大值即可。QImageReader可以设置setAllocationLimit。

参考

• https://en.wikipedia.org/wiki/TIFF
• https://en.wikipedia.org/wiki/Libtiff
• https://en.wikipedia.org/wiki/TIFF/EP
• https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_Negative
• https://www.awaresystems.be/imaging/tiff/tifftags.html
• https://stackoverflow.com/questions/11959617/in-a-tiff-create-a-sub-ifd-with-thumbnail-libtiff
• http://www.simplesystems.org/libtiff/libtiff.html
• http://www.simplesystems.org/libtiff/addingtags.html
• https://www.awaresystems.be/imaging/tiff/tifftags/docs/intergraph.html
• http://www.bigtiff.org/
• https://www.awaresystems.be/imaging/tiff/tifftags/docs/photoshopthumbnail.html
• Adobe Photoshop File Formats Specification
• 2012.06.06 05:05 "Custom and EXIF directory read/write", by Frank Warmerdam
• http://maptools-org.996276.n3.nabble.com/Creating-private-IFD-td13645.html
• http://maptools-org.996276.n3.nabble.com/Custom-and-EXIF-directory-read-write-td3290.html
• http://maptools-org.996276.n3.nabble.com/help-writing-thumbnails-to-TIFF-file-td3824.html
• https://gis.stackexchange.com/questions/206509/how-are-geotiff-pyramids-overviews-standardised
• Explain Image File Formats (ques10.com)