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(wù)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(wù)端，服務(wù)端解析完畢后將結(jié)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(wǎng)上的傳輸時間，我們在網(wǎng)站上看到的會動的表情包，基本上都是Gif格式的。

組成結(jié)構(gòu)

正如上面所說，我們想解析gif就得先知道它的文件流結(jié)構(gòu)，在What's In A GIF網(wǎng)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(yīng)用擴展（ Application Extension）、注解擴展（Comment Extension）、數(shù)據(jù)流結(jié)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)成arrayBuffer
• 將arrayBuffer放到DataView中
• 使用DataView底層的相關(guān)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(gòu)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(nèi)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)我們已經(jīng)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(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)我們已經(jīng)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(gòu)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(diào)色板
const unpackedField = getBitArray(dataView.getUint8(10));
if (unpackedField[0]) {
  const globalPaletteSize = getPaletteSize(unpackedField);
  gifInfo.globalPalette = true;
  // 計算全局調(diào)色板的大小
  gifInfo.globalPaletteSize = globalPaletteSize / 3;
  // 調(diào)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(diào)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(zhì)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(jié)束

此處我們最關(guān)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(shè)我們已經(jīng)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(shè)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(nèi)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為Unicode編碼為：G I
    // 46 38 為版本信息，轉(zhuǎn)換為Unicode編碼為：F 8
    if (
      this.dataView.getUint16(0) != 0x4749 ||
      this.dataView.getUint16(2) != 0x4638
    ) {
      return this.gifInfo;
    }
    
    // 經(jīng)過上述判斷后，此時的GIF已經(jīng)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(diào)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(jié)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(guān)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(guān)JS獲取GIF總幀數(shù)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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