NeNativeGIF 利用系统源码实现Native层大GIF图播放

一、本文实验结果

本文核心内容是利用JNI在native层处理来实现大GIF图播放，同时做了Glide以及纯Java层实现GIF图播放的性能对比，本文实验对象为一个14.7M大小的GIF图(在gif目录下)，实验结果如下：

实现方式	初始内存(M)	最高内存(M)	内存增长(M)	耗时(S)
Native	60.9	127.2	66.3	2.505
Glide	63.6	141.7	78.1	0.75
纯Java	72.3	273	200.7	12

从实验结果来看纯Java方式消耗内存最多，而且耗时最长；Glide也是可以直接播放大GIF图的，而且延时很低，内存消耗也比较低；本文采用的Native实现方式内存消耗比Glide方式稍微低一点，但是耗时2.5S还是有点长的。
综上：纯Java实现方式可以直接抛弃掉，其实Glide的效果还是不错的，本文的效果内存消耗最少。

二、GIF(Graphics Interchange Format)文件

2.1 概述

GIF图像是基于 颜色列表 的（存储的数据是该点的颜色对应于颜色列表的索引值），最多只支持8位（256色）。GIF文件内部分成许多存储块，用来存储多幅图像或者是决定图像表现行为的控制块，用以实现动画和交互式应用。GIF文件还通过LZW压缩算法压缩图像数据来减少图象尺寸。

官方资料：
http://giflib.sourceforge.net/index.html
https://www.w3.org/Graphics/GIF/spec-gif89a.txt

2.2 GIF文件格式

共有十一块，其中有八个块是 GIF 图像必备的（实线边框），以及三个可选块（虚线边框）。

必备块：

Header（文件头信息）

Logical Screen Descriptor（逻辑屏幕描述符）

Image Descriptor（图像描述符）

Image Data（图像数据流）

Plain Text Extension（文本扩展）

Application Extension（应用扩展）

Comment Extension（注释扩展）

Trailer（尾部标记）

可选块：

Global Color Table（全局颜色表）

Graphic Control Extension（图形控制扩展）

Local Color Table（本地颜色表）

2.2.1 Header

固定由6个字节组成。前三个字节是文件签名，后三个字节是版本号。

字节	描述
1-3	Signature：文件签名。 47-'G' 49-'I' 46-'F'
4-6	Version：版本号。 38-'8' 39-'9' 61-'a'

2.2.2 Logical Screen Descriptor

固定由7字节组成。

字节	描述
１-２	Canvas Width：表示 GIF 图像的宽度，单位是像素。如：0A00 = 10(十进制)，表示图像宽度为10像素。
3-4	Canvas Height：表示 GIF 图像的高度，单位是像素。如：0A00 = 10(十进制)，表示图像高度为10像素。
5	Packed Field：这是一个包装字段，内部的不同 bit（位）表示有不同的含义。从左边数第一位表示 Global Color Table Flag，如果其为 1 ，则表示存在 Global Color Table。如果为 0，则没有 Global Color Table。从左边数第二、三、四位表示 Color Resolution，用于表示色彩分辨率，如果为 s，则 Global Color Table 的颜色数为 2^(s+1)个，如果这是 s = 1,则一共有 4 种颜色，即每个像素可以用 2位（二进制）来表示。从左边数第五位表示 Sort Flag，它有两个值 0 或 1。如果为 0 则 Global Color Table 不进行排序，为 1 则表示 Global Color Table 按照降序排列，出现频率最多的颜色排在最前面。最右边三位表示 Global Color Table 的颜色数，如其值为 s，则全局列表颜色个数的计算公式为 2^(s+1)。如 s = 1，则 Global Color Table 包含 4 个颜色。
6	Background Color Index：表示 GIF 的背景色在 Global Color Table 中的索引。如果没有全局颜色列表，该值没有意义。
7	Pixel Aspect Ratio：表示用于计算原始图像中像素宽高比的近似因子，一般情况为 0。

2.2.3 Global Color Table

如果有的话就会跟在 Logical Screen Descriptor 块后面。

在 Global Color Table 中每个字节仅代表一种颜色，所以 Global Color Table 的字节数 = 颜色数 * 3。在 Logical Screen Descriptor 中我们知道示例中包含 4 种颜色，即 Global Color Table 的字节数为 12 。所以读取接下来的 12 个字节。

2.2.4 Graphics Control Extension

字节	描述
1	Extension Introducer：扩展入口，固定值为21，表示接下来是扩展块数据
2	Graphics Control Lable：图形控制扩展块标签，表示该扩展块是一个图形控制扩展块。在这里也是固定值F9。
3	Byte Size：表示接下来的有效数据字节数。
4	Packed Field：是一个包装字段，内部不同位的意义也不同。前三位表示Reserved for Future Use，即保留位，暂无用处。第四，五，六位表示 Disposal Method，表示在进行逐帧渲染时，前一帧留下的图像作何处理。倒数第二位表示 User Input Flag，表示是否需要在得到用户的输入时才进行下一帧的输入（具体用户输入指什么视应用而定，可以是按回车键、鼠标点击等），可以和延迟时间一起使用，在设置的延迟时间内用户有输入则马上继续进行，或者没有输入直到延迟时间到达而继续。 0：不做任何处理。 1：保留前一帧图像，在此基础上进行渲染。 2：渲染前将图像置为背景色。 3：将被前下一帧覆盖的图像重置。最后一位，表示 Transparent Flag。0 表示无需用户输入。1 表示需要用户输入。
5-6	Delay Time：表示 GIF 动图每一帧之间的间隔，单位为百分之一秒(10ms)。当为 0 时间隔由解码器管理。
7	Transparent Color Index：当 Transparent Flag 为 1 时，此字节有效，表示此索引在 Global Color Table 中对应的颜色将被当做透明色做处理
8	Block Terminator：表示 Extension 到此结束。固定值为 00。

2.2.5 Image Descriptor

字节	描述
1	Image Seperator：固定值为2C
2-3	Image Left：表示下一帧图像渲染位置离画布左边的距离（从 0 开始）。
4-5	Image Top：该值表示下一帧图像渲染位置离画布上边的距离（从 0 开始）。
6-7	Image Width：该值表示下一帧图像的宽度。
8-9	Image Height：该值表示下一帧图像的高度。
10	Packed Field：这是一个包装字段，内部不同位的意义也不同。第一位：Local Color Table Flag，表示下一帧图像是否需要一个独立的颜色表。1 为需要，0 为不需要。第二位：Interlace Flag，表示是否需要隔行扫描。1 为需要，0 为不需要。第三位：Sort Flag，如果需要 Local Color Table 的话，这个字段表示其排列顺序，同 Global Color Table。第四、五位：Reserved For Future Use，保留位。最后三位：Size of Local Color Table，同 Global Color Table 中的该位。如需要本地颜色表，则该数有效。

我们不是在 Logical Screen Descriptor 中知道了图像的分辨率吗，为什么还要在 Image Descriptor 中额外指定图像的宽和高?

其实 GIF 在进行编码的时候并不一定对每一帧进行全尺寸的压缩。因为有时候一个 GIF 图只有中间区域是动的，四周都是静止的，那只需要对中间那部分进行压缩编码即可。所以这里的 Image Left、Image Top、Image Width 和 Image Height正好可以指定一个小于等于 GIF 分辨率的图像。

2.2.6 Local Color Table

如果Image Description中Local Color Table的标签值为1，跟在Image Description后面。与Global Color Table一样处理。

2.2.7 Image Data

如果存在 Local Color Table，Image Data 就紧跟其后。如若不存在，则紧跟在 Image Descriptor 后。

字节	描述
1	LZW Minimum Code Size: GIF 在对每一帧的像素颜色在 Color Table 所对应的索引进行 LZW 压缩，这里的 LZW Minimum Code Size 就是 LZW 压缩中很关键的一个值
2	Number of bytes of data in sun-blocks（01-FF）：这个值表示在其后面的有效字节的个数。范围为 01-FF，当其值为 0，则表示 Image Data 到此为止，后面就是其他块的数据了。这里需要注意由于其最大值为 FF，但图像的像素个数可能会大于这个值，所以从图上也能知道这个 Data sub-Blocks是有可能接连出现很多个的。
n	Data Sub-Block(s)：表示有效的字节块。
最后一个字节	Block Terminator：表示 Image Data 的结束部分。

2.2.8 Plain Text Extension

字节	描述
1	Extension Introducer：扩展块标识，固定值为 21。
2	Plaint Text Lablel：图形文本扩展块标识，固定值为 01。
3	Block Size：块大小，固定值为 12。
4-5	Text Glid Left Position：文本框左边界位置，像素值，表示文本框据GIF图形左边界的距离
6-7	Text Glid Top Position：文本框上边界位置，像素值，表示文本框据GIF图形上边界的距离
8-9	Text Glid Width：文本框宽度，像素值。
10-11	Text Glid Height：文本框高度，像素值。
12	Character Cell Width：文本字符单元格宽度，像素值。
13	Character Cell Height：文本字符单元格高度，像素值。
14-15	Text Foreground Color Index：文本前景色在全局颜色列表中的索引。
n	Plain Text Data - 一个或多个数据块(Data Sub-Blocks)组成，保存要在显示的字符串。
最后一个字节	Block Terminator：文本扩展块结束标识，固定值为 0。

2.2.9 Application Extension

字节	描述
1	Extension Introducer：扩展块标识，固定值为 21。
2	Application Extension Label：应用程序扩展块标识，固定值为 FF。
3	Length of Application Block：块大小，固定值为 11。
4-11	Application Identifier：应用程序标识符，8个连续的ASCII字符("NETSCAPE")。
12-14	Application Authentication Code：应用程序鉴别符，3个连续的ASCII字符("2.0")。
n	Data Sub-Blocks：应用程序数据块，由一个或多个数据块组成。
最后一个字节	Block Terminator：应用程序扩展块结束标识，固定值为 0。

2.2.10 Comment Extension

字节	描述
1	Extension Introducer：扩展块标识，固定值为 21。
2	Comment Label：注释扩展块标识，固定值为 FE。
n	Comment Data：注释数据块，由一个或多个数据库组成。
最后一个字	Block Terminator：注释扩展块结束标识，固定值为 0。

2.2.11 Trailer

尾部标记，表示GIF的字节内容到此结束，固定值为 3B(分号)。

tianyalu / NeNativeGIF