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Grafik im Griff

Dem TIFF-Dateiformat aufs Bit geschaut

TIFF ist das 'Tag Image File Format' zum Speichern von pixelorientierten Grafiken. Nicht nur auf dem PC, Macintosh oder Atari, auch unter Unix und VMS kennen viele Programme dieses Format. Wer statt des Bildes lieber die Datei betrachtet, erfährt hier, was ihn an Bit-Mustern erwartet.

Von Kopf bis Fuß

TIFF-Dateien führen die Endung .TIF, auf dem Macinthosh .TIFF. Die Datei-Struktur enthält drei verschiedene Bereiche: Dateikopf, Bilddateiverzeichnisse und die eigentlichen Bilddaten. In einer TIFF-Datei können Daten für mehrere Bilder gespeichert werden, der prinzipielle Aufbau ist in Bild 1 dargestellt. Dabei werden die Daten aus Worten (2 Bytes) und Doppelworten (4 Bytes) aufgebaut.
Leider gibt es zwei unterschiedliche Verfahren, die Worte abzuspeichern. Maschinen mit Intel-Prozessoren legen von den zwei Bytes eines Wortes zuerst das niederwertige und dann das höherwertige ab, beginnen also mit dem Last Significant Byte (LSB). Macintosh-Rechner dagegen schreiben zuerst das höherwertige, das Most Significant Byte (MSB).
Mit welchem Verfahren eine TIFF-Datei geschrieben wurde, läßt sich anhand des ersten Wortes des Dateiheaders ermitteln. Für die Intel-Methode mit führendem LSB steht 4949h, bei führendem MSB dagegen 4D4Dh in diesen Bytes.
Es folgt die Versionsnummer, 002Ah für Draft 2. Wird als Byte-Anordnung MSB vor LSB verwendet, so heißt das zweite Wort der TIFF-Datei also 002Ah, im anderen Fall 2A00h. Da sich dieses Wort seit langem nicht mehr geändert hat, wird es von manchen Programmen zum Identifizieren von TIFF-Dateien abgefragt. Dies ist aber nicht unproblematisch, denn irgendwann wird sich dieses Wort mit einer neuen Version ändern.
Die letzte Angabe im Dateikopf ist als Doppelwort der Offset des ersten Bilddateiverzeichnisses, auch Image File Directories (IFD) genannt, in dem wichtige Parameter der darauffolgenden Bilddaten festgehalten sind. Ein Offset gibt immer eine bestimmte Dateistelle an, wobei die Bytes der Datei, mit Null beginnend, numeriert werden. Beginnt das erste IFD mit dem achten Byte der Datei, so hat das IFD den Offset 0000 0008h. Wird in der Datei die Intel-Schreibweise mit führendem LSB verwendet, so steht schließlich in der Datei im dritten und vierten Wort 0800 0000h.
Jedes IFD beschreibt zusammen mit den zugehörigen Bilddaten genau ein Bild. Enthält die Datei Daten mehrerer Bilder, so gibt das letzte Doppelwort eines IFD den Offset des nächsten IFD an. Die Offset-Angabe des letzten Image File Directories ist der Nullvektor (0000 0000h). Das Aneinanderreihen von mehreren Bildern mit ihren Bilddateiverzeichnissen und Bilddaten läßt das Format also ohne Probleme zu. Viele Programme können jedoch nur ein Bild pro Datei verarbeiten. Daher ist beim Ablegen mehrerer Bilder in einer Datei Vorsicht angebracht, sonst können Bilder verlorengehen!

Vom Bild zum Bit

Das erste Wort jedes IFDs enthält die Zahl der folgenden Einträge, Tags genannt. Die Tags selbst bestehen aus jeweils 12 Bytes, das genaue Format erläutert Bild 2. Unmittelbar nach dem letzten Eintrag steht der Offset des nächsten Verzeichnisses oder als Endmarkierung der Nullvektor.
Welche Tags es gibt und welche Möglichkeiten sie bieten, das Bild zu gestalten, ist in der Tabelle erläutert. Jeder Eintrag im Bilddateiverzeichnis beginnt mit der Nummer des Tags, das zweite Wort enthält den Parametertyp laut Tabelle. Es folgt in einem Doppelwort die Anzahl der übergebenen Parameter, ein weiteres Doppelwort enthält die Parameter selbst, sofern sie in ein Doppelwort passen. Andernfalls verweist anstelle der Parameter ein Offset an die entsprechende Adresse in der Datei. Die Parameterliste kann zwischen dem Bilddateiverzeichnis und den zugehörigen Bilddaten stehen.
Die meisten Tags haben Standardvorgaben, daher müssen nur die Tags im Image File Directory aufgeführt werden, deren Parameter neu definiert werden sollen. Neben Byte-, ASCII-, Short- und Long-Werten gibt es den Typ Rational anstelle von Real. Bei diesem Parametertyp steht im Tag ein Offset, der auf zwei 32-Bit-Doppelworte weist, die als Zähler und Nenner zu interpretieren sind. Durch diese Bruchdarstellung lassen sich Verhältnisangaben ohne den Genauigkeitsverlust einer Gleitkommazahl speichern. Bild 3 enthält eine Beispieldatei, mit der das mc-Logo in blau und rot auf weißem Grund dargestellt wird. Dabei haben wir uns auf die unbedingt notwendigen Tags beschränkt. Der zweite und dritte Eintrag der IFD bestimmt die Bildgröße in Bildpunkten. Damit steht fest, daß zum Speichern jeder Bildebene 16 Zeilen à 16 Pixel, also gerade 16 Wörter oder 32 Bytes benötigt werden. Der sechste Eintrag legt mit Tag 106h die Darstellung mit drei Farbkomponenten fest. Es werden also vier Bildebenen für Blau, Rot, Grün und Intensity benötigt. Der achte Tag gibt den Offset an, bei dem die Offsets der vier Bildebenen zu finden sind. In Bild 3 sind die Offsetangaben mit den Zielpunkten in der Datei farbig verbunden.
Tag 10 und 11 sind Beispiele für Einträge, die den Parametertyp 5 verwenden und deshalb einen Offset auf die eigentlichen Parameter enthalten, die im Doppelwort des Tags keinen Platz finden. Als letzte Angabe im ersten IFD bestimmt der Nullvektor bei Offset 009Ah, daß keine weiteren Bilddatenverzeichnisse mehr folgen.
Nach der IFD folgen zunächst die 4 Doppelworte, welche die Parameter für Tag 10 und 11 enthalten. Dann erst beginnen die Bilddaten. Die Daten sind für unseren Fall in vier Bildebenen, auch Streifen genannt, abgelegt (für jede Farbe eine). Dabei belegt jeder Bildpunkt in jeder Ebene genau ein Bit.

Programmierer aufgepaßt

Der Teufel steckt – wie immer – im Detail. So kann die Zuordnung der Bitmatrixebenen zu den Grundfarben (siehe Tag 11Ch, PlanarConfiguration in der Tabelle) hardware- oder softwareabhängig sein, teilweise gibt es zwischen DOS und X-Window unter Unix ebenfalls Abweichungen. Unter DOS gilt die Reihenfolge Blau-Grün-Rot(-Intensity) entsprechend der hardwaremäßigen Realisierung als Planes 0001b, 0010b, 0100b und 1000b.
Viele Programme nutzen nicht den kompletten Tag-Umfang, sondern nur eine Untermenge. Alle nicht bekannten Tags werden dann einfach übergangen. Tag 103h gibt an, mit welchem Kompressionsverfahren die folgenden Daten gepackt worden sind. Kennt ein Programm diesen Eintrag nicht, so sind komprimierte Bilddaten unbrauchbar. Wenn sehr viele Bilder archiviert werden müssen, dann ist das Komprimieren ohnehin zwingend notwendig. Die Kompressionsverfahren wurden durch das 'International Telegraph and Telephone Consultative Committee' (CCITT) genormt. Das 1985 erschienene Standardwerk 'Terminal Equipment and Protocols for Telematic Services' dieses Gremiums beschreibt ausführlich die verwendeten Verfahren, deren Beschreibung leider den Rahmen eines Artikels sprengt. Besonders die Kompression nach CCITT 3 wird von vielen Programmen unterstützt.

Ingo Eickmann

Eintrag (Tag):                  xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx   (immer
                                                                 6 Worte
                                                                 = 12 Bytes)
Code laut Tabelle                                    
                                                     
Parametertyp:                                        
   1: Byte (8 Bit)                                   
   2: ASCII (8 Bit),                                 
         letztes Byte des                            
         Strings muß 0 sein.                         
   3: Short (16 Bit)                                 
   4: Long (32 Bit)                                  
   5: Rational                                       
      (Zähler, Nenner,                               
       jeweils 32 Bit)                               
                                                     
Parameteranzahl                                      
                                                     
Wert oder Offset, wenn                               
der Wert größer als ein
Doppelwort ist.