Android源码阅读——GIF解码（如何提取各帧图片）-白红宇

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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

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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();}复制代码

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;	}}复制代码

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;//打开图片失败复制代码

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
    
      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
     
      ();	gct = null;	lct = null;}/** * 判断当前解码过程是否出错 * @return */protected boolean err() {	return status != STATUS_OK;}复制代码

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;}复制代码

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G、I 、F来判断此文件格式符不符合要求

读取GIF大小、颜色深度等全局属性

readHeader方法中还有一部分代码，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	}}复制代码

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

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);}复制代码

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

/** * 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;}复制代码

至此readHeader方法我们就分析完了，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;		}	}}复制代码

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

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)}复制代码

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)

readContents()方法中遍历了所有图像块，并调用readImage方法进行解码，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();}复制代码

readImage方法中分三步进行：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~