音视频编解码—GIF2 代码走读

上一篇文章讲解了GIF格式基本内容，本文进行gif的代码分析。主要参考FFMPEG 5.0 中相关代码逻辑，一方面FFMPEG集成度比较高，通用性好，对于学习理论有更好的适用性；另一方面也是逃懒的一种表现了。

gif编码路径：libavcodecgif.c

gif解码路径：libavcodecgifdec.c

lzw解码算法：libavcodeclzw.c

lzw编码算法libavcodeclzwenc.c

本文从解码角度分别走读一下gif和lzw代码，在自己对于gif核心内容有一个大概学习，同时希望能够让大家对gif图像有一个基本了解。

GIF Decoder

FFMPEG中的定义

gif_decode_init

这段代码是GIF解码器的初始化函数，主要的作用是初始化解码器所需要的变量和数据结构。

首先，创建一个GifState结构体，并将AVCodecContext结构体中的指针赋值给s->avctx，以便于在解码过程中可以访问AVCodecContext结构体中的属性。

然后，将AVCodecContext结构体中的像素格式设置为AV_PIX_FMT_RGB32，即每个像素使用32位RGB格式表示。接着，创建一个AVFrame结构体，并将其赋值给s->frame，以便于在解码过程中可以存储解码后的像素数据。

最后，调用ff_lzw_decode_open函数，初始化LZW解压器，并将其赋值给s->lzw。如果初始化失败，则返回AVERROR(ENOMEM)错误码，表示内存分配失败。

总体来说，这段代码的作用是为GIF解码器的解码过程做好必要的准备工作，包括变量和数据结构的初始化、像素格式的设置和LZW解压器的初始化。

gif_decode_frame

“gif_decode_frame” 函数是 FFmpeg 中 GIF 解码器的一部分。FFmpeg 是一个编解码器和相关工具的库，允许开发人员编码和解码各种多媒体格式。该函数负责解码 GIF 图像的一个单独帧。

函数以 AVCodecContext 作为输入，其中包含编解码器特定的参数，以 AVFrame 作为输出帧，以 got_frame 变量作为输入，如果成功解码一帧则设置为 1，以 AVPacket 作为输入，其中包含帧的压缩数据。

函数首先检查 AVFrame 是否有效以及 AVPacket 是否包含任何数据。如果没有，则返回错误。如果 AVPacket 包含数据，则调用 gif_decode_init 函数初始化解码器，然后调用 gif_decode_next 函数解码下一个帧。如果解码成功，则将 got_frame 变量设置为 1 并返回 0。否则，返回错误。

总之，gif_decode_frame 函数是 FFmpeg 中 GIF 解码器的重要部分，允许开发人员解码 GIF 图像并从中提取单个帧。

gif_parse_next_image

这段代码实现了从 GIF 文件中读取图像的功能。它接受一个 GifState 结构体和一个 AVFrame 结构体，并返回一个整数值。

该函数首先从 GIF 文件中读取图像的帧头信息，包括图像宽度、高度、颜色深度和是否存在局部颜色表等参数。然后，该函数分配并初始化一个 LZW 上下文，用于解码图像数据。

接下来，该函数从流中读取 LZW 编码的图像数据，并使用 LZW 上下文解码它。然后，该函数根据颜色深度和颜色表信息将解码后的数据转换为像素值，并将像素值存储到 AVFrame 结构体的数据缓冲区中。

最后，该函数返回一个整数值，表示是否成功读取了图像数据。如果成功读取了图像数据，则返回 0；否则返回负数。

gif_decode_close

这段代码是GIF解码器的关闭函数，主要的作用是在解码器使用完后释放已经分配的内存，并关闭LZW解压器。

首先，获取GifState结构体指针s，该指针保存了解码器的状态信息。然后，调用ff_lzw_decode_close函数关闭LZW解压器，释放解压器所占用的内存。接着，使用av_frame_free函数释放s->frame指向的AVFrame结构体所占用的内存。最后，使用av_freep函数释放s->idx_line和s->stored_img指向的内存块，这些内存块分别用于存储解码器的中间结果和已经解码的图像数据。

最后，返回0表示函数执行成功。

总体来说，这段代码的作用是在GIF解码器使用完后，释放已经分配的内存，并关闭LZW解压器，以避免内存泄露和资源浪费。

LZW算法

LZWState

ff_lzw_decode_init

ff_lzw_decode 函数使用 LZW 压缩算法来解码给定数量的字节。该函数接受一个 LZW 上下文、一个输出缓冲区和要解码的字节数。它返回已解码的字节数。

该函数中使用的算法受 Steven A. Bennett 在 1987 年编写的 LZW GIF 解码器的启发。函数开始初始化一些变量，包括输出缓冲区的长度、当前和旧的编码值以及第一个和旧的字符。

然后函数进入一个循环，直到遇到结束码为止。在循环中，函数检查是否还有字符留在堆栈中。如果有，它会将字符从堆栈中弹出并添加到输出缓冲区中。

然后函数从 LZW 上下文中获取下一个编码。如果编码是结束码，则退出循环。如果编码是清除码，则重置 LZW 上下文，并继续循环。如果编码是有效的编码，则函数通过遍历前缀和后缀数组来解码编码，直到找到不是前缀编码的字符。然后将该字符添加到堆栈中，并更新前缀和后缀数组。

如果后缀数组变满，则函数将编码大小增加1。然后循环继续，直到遇到结束码为止。

最后，函数使用新状态更新 LZW 上下文，并返回已解码的字节数。

这段代码实现了从流中获取一个编码的功能。该函数接受一个 LZW 状态结构体，返回从流中读取的编码。

函数首先检查当前位于缓冲区的位数是否小于当前编码的位数，并且是否还有剩余的字节可以读取。如果缓冲区的位数比当前编码的位数小且没有剩余的字节可以读取，则返回结束码。

然后根据当前的 LZW 模式（GIF 或 TIFF），从流中读取字节并将其转换为编码。函数使用一个缓冲区来存储读取的字节，直到缓冲区的位数等于当前编码的位数。

最后，函数将缓冲区的位数减去当前编码的位数，并返回读取的编码。

ff_lzw_decode_tail

用于解码LZW压缩格式的数据。该函数的主要作用是解码剩余的数据（也称为“尾巴”），并返回解码后的数据的字节数。

ff_lzw_decode_open

该函数用于LZW解码器初始化。

ff_lzw_decode_close

该函数用于LZW解码器释放内存

而在Google也在skia模块中给出相关代码：

https://skia.googlesource.com/libgifcodec/+/refs/heads/main

作者简介：我是一枚爱跑步的程序猿，维护公众号和知乎专栏《MediaStack》，有兴趣可以关注，一起学习音视频知识，时不时分享实战经验。