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JS實現(xiàn)獲取GIF總幀數(shù)的方法詳解

 更新時間:2022年05月27日 08:22:23   作者:神奇的程序員  
如何通過js在上傳前就拿到它的總幀數(shù)來判斷呢?本文就跟大家分享一種解決方案,并將其封裝成插件發(fā)布至npm倉庫,快跟隨小編一起學習一下吧

前言

有一個Gif圖片,我們想要獲取它的總幀數(shù),超過一定幀數(shù)的圖片告知用戶不可上傳,在服務端有很多現(xiàn)成的庫可以使用,這種做法不是很友好,前端需要先將gif上傳至服務端,服務端解析完畢后將結果返回,大大降低了用戶體驗。

那么如何通過js在上傳前就拿到它的總幀數(shù)來判斷呢?本文就跟大家分享一種解決方案,并將其封裝成插件發(fā)布至npm倉庫,歡迎各位感興趣的開發(fā)者閱讀本文。

寫在前面

此插件已經發(fā)布至npm,采用原生JS編寫支持任意一個前端框架,如果你對其實現(xiàn)原理不感興趣,只是想拿來解決你的實際問題,可以直接通過npm/yarn來安裝,命令如下:

# yarn安裝
yarn add gif-parser-web

# npm安裝
npm install gif-parser-web --save

文檔地址請移步:README.md

思路分析

我們都知道無論什么文件在計算機中都是以流的形式進行存儲的,因此我們可以通過讀取文件流來拿到它的所有信息。Gif類型的文件也是如此,我們只要能知道它的文件流結構就可以根據(jù)它的規(guī)則進行解析讀取了。

什么是Gif

Gif的全稱是Graphics Interchange Format,是一種位圖,以8位色重現(xiàn)真彩色的圖像。采用LZW壓縮算法進行編碼,可以有效的減少圖像文件在網上的傳輸時間,我們在網站上看到的會動的表情包,基本上都是Gif格式的。

組成結構

正如上面所說,我們想解析gif就得先知道它的文件流結構,在What's In A GIF網站中我們知道了它是由多種不同類型的塊組成,如下所示:

  • 未標記塊:Header(文件頭)、Logical Screen Descriptor(邏輯屏幕描述符)、Global Color Table(全局顏色表)、局部顏色表(Local Color Table)
  • 控制塊:圖形控制擴展(Graphics Control Extension)
  • 圖形渲染塊:純文本擴展(Plain Text Extension)、圖像描述符(Image Descriptor)
  • 特殊用途塊:應用擴展( Application Extension)、注解擴展(Comment Extension)、數(shù)據(jù)流結束標記(Trailer)
  • 圖像數(shù)據(jù)塊:圖像數(shù)據(jù)(Image Data)

解析原理

了解完gif的組成結構后,接下來我們來看下如何獲取它的數(shù)據(jù)流,如下所示:

  • 讀取Gif圖片文件(從url讀取或者從本地上傳的File類型的數(shù)據(jù))
  • 將讀取到的數(shù)據(jù)轉成arrayBuffer
  • arrayBuffer放到DataView
  • 使用DataView底層的相關API來讀取十六進制編碼
  • 對十六進制編碼進行解碼,獲取圖像的信息

它的解碼過程如下圖所示:

  • 從Header開始順著箭頭一直讀到PlainTextExtension完成第一幀的讀取,其中GlobalColorTable、ApplicationExtension、CommentExtension、LocalColorTable、PlainTextExtension不一定存在
  • 接下來重復GraphicControlExtension、ImageDescriptor、ImageData 讀取剩下的幀圖片數(shù)據(jù)
  • 直至讀取到Trailer標識,就完成了整個Gif的讀取

注意:在讀取過程中,每個塊都有自己特殊的編碼標記。

數(shù)據(jù)塊分析

我們了解完gif的構成后,接下來我們來看下每一個具體的數(shù)據(jù)塊的編碼信息。

Header Block

該數(shù)據(jù)塊用于標記數(shù)據(jù)流的開始,位于文件頭數(shù)據(jù)流的上下文內,里面包含了gif的簽名與版本信息,它是必須存在的且只有一個。

該塊在數(shù)據(jù)流中占6個字節(jié),其中簽名與版本信息各占3個字節(jié),即:

  • 數(shù)據(jù)流的0-2位置的元素一定表示gif的簽名信息
  • 數(shù)據(jù)流的3-5位置的元素一定表示gif的版本信息

我們以89a格式的gif為例,它的Header信息就如下所示:

  • Signature的16進制值為47、49、46,將其轉換為Unicode編碼字符后就為:"G"、"I"、"F"
  • Version的16進制值為38、39、61,將其轉換為Unicode編碼字符后就為:"8"、"9"、"a"

我們來看下如何用代碼來讀取。

// 假設我們已經得到了dataView
const signature = dataView.getUint16(0); // 使用getUint16方法從0號位置開始連續(xù)獲取2個字節(jié)的值,轉換成轉換為Unicode編碼為:G I
const version = dataView.getUint16(2); // 使用getUint16方法從2號位置開始連續(xù)獲取2個字節(jié)的值,轉換成轉換為Unicode編碼為:F 8

Logical Screen Descriptor

該數(shù)據(jù)塊中定義了圖像在設備中顯示所需的參數(shù),位于Header數(shù)據(jù)塊的后面,它是必須存在的且只有一個,其值的坐標是相對于虛擬屏幕左上角計算出來的。

該塊在數(shù)據(jù)流中占7個字節(jié),包含的信息如下所示:

  • Canvas Width 圖片的寬度(以像素為單位),占2個字節(jié)空間。
  • Canvas Height 圖片的高度(以像素為單位),占2個字節(jié)空間。
  • Packed Fields 壓縮字段,占1字節(jié)空間,里面包含4個值
    • Global Color Table Flag 全局顏色標記,用于標識全局顏色表。如果值為0則表示不存在全局顏色塊;如果值為1則表示全局顏色塊緊跟于此塊之后。
    • Color Resolution 顏色分辨率,即顏色的位數(shù),有1位、8位、16位、32位等。在gif格式的圖像定義中,它的顏色不能超過256種,深度不能超過8位。
    • Sort Flag 排序標記,0為未設置,1為按重要性遞減排序,最重要的顏色在前。
    • Size of Global Color Table 全局顏色表的大小,如果值為1,則該字段中的值用于計算全局顏色表中包含的字節(jié)數(shù)。
  • Background Color Index 背景顏色索引,它描述了全局顏色表的索引,背景顏色是用于屏幕上未被圖像覆蓋的像素的顏色。如果全局顏色標記設置為0,該字段將會被忽略。
  • Pixel Aspect Ratio 像素縱橫比,用于計算原始圖像中像素縱橫比的近似值的因子。如果該值不為0,則近似值的計算公式為:(N + 15) / 64 ,N為像素縱橫比,它的值為像素寬度與其高度的商。

我們用代碼來獲取下它的寬度與高度。

// 假設我們已經得到了dataView
const width = this.dataView.getUint16(6, true);
const height = this.dataView.getUint16(8, true);

Global Color Table

該數(shù)據(jù)塊包含了一個顏色表,由紅-綠-藍三元組的字節(jié)序列構成。正如前面所說,它并非必須存在,如果存在的話它將位于Logical Screen Descriptor塊的后面。

所占的字節(jié)數(shù)為3*2^(N+1),N為全局顏色表的大小 + 1,該數(shù)據(jù)塊在數(shù)據(jù)流中只存在一個,如下圖所示。

我們來看下代碼的實現(xiàn)。

let pos = 0;
const PaletteColorsRGB = [];
const gifInfo = {}

// 解析全局調色板
const unpackedField = getBitArray(dataView.getUint8(10));
if (unpackedField[0]) {
  const globalPaletteSize = getPaletteSize(unpackedField);
  gifInfo.globalPalette = true;
  // 計算全局調色板的大小
  gifInfo.globalPaletteSize = globalPaletteSize / 3;
  // 調整指針位置
  pos += globalPaletteSize;
  // 遍歷獲取此塊區(qū)域的所有顏色并存起來
  for (let i = 0; i < gifInfo.globalPaletteSize; i++) {
    const palettePos = 13 + i * 3;
    const r = dataView.getUint8(palettePos);
    const g = dataView.getUint8(palettePos + 1);
    const b = dataView.getUint8(palettePos + 2);
    PaletteColorsRGB.push({ r, g, b });
  }
}
pos += 13;

// 獲取調色板大小函數(shù)
function getPaletteSize(palette: Array<number>): number {
  return 3 * Math.pow(2, 1 + bitToInt(palette.slice(5, 8)));
}

Graphics Control Extension

該數(shù)據(jù)塊包含了處理圖形渲染塊時需要使用的參數(shù),它只包含了一個數(shù)據(jù)子塊。該塊中記錄了7種數(shù)據(jù)的描述,如下所示:

  • Extension Introducer 擴展導入符,標識擴展塊的開始,包含固定值0x21。
  • Graphic Control Label 圖形控制標簽,用于將當前塊標識為圖形控制擴展,包含固定值0xF9
  • Byte Size 塊中的字節(jié)數(shù),在此字段之后,直到但不包括終止符。該字段包含固定值4,里面包含了4種數(shù)據(jù)的描述。
    • Reserved for Future Use 保留模塊
    • Disposal Method 處理方法,表示圖形在顯示后的處理方式。
    • User Input Flag 用戶輸入標識,在繼續(xù)之前是否需要用戶輸入,如果是0則不需要用戶輸入,1代表需要用戶輸入。輸入的性質由程序決定(如回車、鼠標點擊等)
    • Transparency Color Flag 透明標識,用于描述是否在透明索引字段中給出了透明索引。0:未給出透明索引;1:給出了透明索引
  • Delay Time 當前幀圖像的延遲時間,如果不為0,則表示該字段在繼續(xù)處理數(shù)據(jù)流之前等待的百分之一秒(即gif每一幀的時長)
  • Transparency Index 透明度指數(shù)
  • Block Terminator 塊終止符,用于標識圖形控制擴展塊的結束

此處我們最關心的就是如何取出gif每一幀的時長,我們來看下代碼的實現(xiàn)。

// 假設我們已經得到了dataView且pos可能指向圖形控制快
const type = dataView.getUint8(pos);
// 圖形控制塊
if (type === 0xf9) {
  const length = dataView.getUint8(this.pos + 2);
  if (length === 4) {
    // 獲取每一幀的時長
    const delay = getFrameDuration(dataView.getUint16(pos + 4, true));
    pos += 8;
  }
}

Image Descriptor

一個gif文件可能會包含多個圖像,每個圖像都以一個圖像描述符塊開始。這個塊在數(shù)據(jù)流中占10個字節(jié)。該塊中記錄了6種數(shù)據(jù)的描述,如下所示:

  • Image Separator 圖像分割符,用于標識此數(shù)據(jù)塊的開頭,它的固定值為0x2C。
  • Image Left Position 圖像左位置,圖像左邊緣距離邏輯屏幕左邊緣的行數(shù)(以像素為單位)
  • Image Top Position 圖像頂部位置,圖像頂部邊緣相對于邏輯屏幕頂部邊緣的行數(shù)(以像素為單位)
  • Image Width 圖像寬度
  • Image Height 圖像高度
  • Packed Field 壓縮塊
    • Local Color Table Flag 局部顏色表標志,緊跟在該圖像描述符之后的局部顏色表的存在,0:不存在,則使用全局顏色表,1:存在,則使用緊跟其后的Local Color Table數(shù)據(jù)塊
    • Interlace Flag 隔行標志,標識圖像是否是隔行的(圖像以四遍交錯模式交錯)
    • Sort Flag 排序標志 - 指示本地顏色表是否已排序。0:未設置排序,1:按重要性遞減排序,最重要的顏色在前
    • Size of Local Color Table 局部顏色表的大小

Image Data

該塊由一系列子塊組成,每個子塊的大小最多為255字節(jié),包含對圖像中每個像素的活動顏色表的索引, 像素索引按從左到右和從上到下的順序排列。 每個索引必須在活動顏色表的大小范圍內,從 0 開始。 索引序列使用具有可變長度代碼的 LZW 算法進行編碼,如下所示。

每解析完一輪Image Descriptor都需要讀取下Data Sub-blocks,直至所有子塊被讀取完畢。

實現(xiàn)代碼

通過前面的了解,我們知道了Gif圖像中每個數(shù)據(jù)塊的組成原理,接下來我們就可以編寫代碼來解決我們所遇到的問題了

我們將數(shù)據(jù)塊分析章節(jié)的思路整理下,核心代碼如下所示:

  • 插件初始化的時候,接受一個url作為可選參數(shù),如果存在則使用fetch解析這個url,將最終的數(shù)據(jù)放入dataView中
  • 暴露一個getInfo方法用于獲取Gif的信息,接受一個File類型的可選參數(shù),如果url與此參數(shù)同時傳入,則優(yōu)先使用此參數(shù)
  • 完整代碼:main.ts
export default class GifParser {
  private urlLoadStatus: boolean | undefined = undefined;
  private dataView: DataView | undefined;
  // 當前指向DataView的指針位置
  private pos = 0;
  // 當前解析的幀索引
  private index = 0;
  private gifInfo: gifInfoType = {
    valid: false,
    globalPalette: false,
    globalPaletteSize: 0,
    globalPaletteColorsRGB: [],
    loopCount: 0,
    height: 0,
    width: 0,
    animated: false,
    images: [],
    duration: 0,
    identifier: "0"
  };
  constructor(url?: string) {
    if (url) {
      this.urlLoadStatus = false;
      // 解析url,將其轉化為DataView格式的數(shù)據(jù)
      fetch(url)
        .then((response) => response.arrayBuffer())
        .then((arrayBuffer) => {
          return new DataView(arrayBuffer);
        })
        .then((dataView) => {
          // GIF加載成功
          this.urlLoadStatus = true;
          this.dataView = dataView;
        });
    }
  }
  /**
   * 獲取圖像信息
   * @param gifStream
   */
  public async getInfo(gifStream?: File): Promise<gifInfoType> {
    // 參數(shù)有效性校驗
    await this.validityCheck(gifStream);
    // url與gifStream都未傳入則拋出異常
    if (this.dataView == null) {
      throw new Error("未找到GIF解析源, 請檢查參數(shù)是否正確傳入");
    }
    
    // 只解析GIF8格式的圖像:使用getUint16獲取2個字節(jié)十六進制值,判斷它是否滿足Gif格式的Header塊的簽名與版本號
    // 47 49 為簽名信息,轉換為Unicode編碼為:G I
    // 46 38 為版本信息,轉換為Unicode編碼為:F 8
    if (
      this.dataView.getUint16(0) != 0x4749 ||
      this.dataView.getUint16(2) != 0x4638
    ) {
      return this.gifInfo;
    }
    
    // 經過上述判斷后,此時的GIF已經有效了
    this.gifInfo.valid = true;
    // 獲取GIF圖像的寬,高
    this.gifInfo.width = this.dataView.getUint16(6, true);
    this.gifInfo.height = this.dataView.getUint16(8, true);
    
    // 獲取全局調色板、讀取每一幀的圖像信息等代碼省略,請移步GitHub查看完整代碼
  }
}

測試用例

最后,我們將插件打包,寫一個簡單的demo來測試下。

<meta charset="utf-8">
<title>gifParserPlugin demo</title>
<script src="./gifParserPlugin.umd.js"></script>


<script>
async function getGifInfo(e) {
  const gifParser = new gifParserPlugin()
  const gifInfo = gifParser.getInfo(e.target.files[0])
  gifInfo.then((res) => {
    console.log("解析完成", res);
  })
}
window.onload = function() {
  const input = document.getElementById('input');
  input.addEventListener('change', getGifInfo);
}
</script>

<input type="file" id="input">

運行結果如下所示。

  • gif的寬度是748px,高度是358px
  • gif的總時長為11400ms,總共有114幀

插件地址

該插件已發(fā)布至npm,地址為請移步:

npm地址:gif-parser-web

GitHub地址:gif-parser-web-github

到此這篇關于JS實現(xiàn)獲取GIF總幀數(shù)的方法詳解的文章就介紹到這了,更多相關JS獲取GIF總幀數(shù)內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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