• 简介
• 术语
• TGA格式
• TGA头部(TGA Header)
• 图像/颜色表数据(Image/Color Map Data)
  • 颜色表数据
  • 图像数据
• 开发者区域(Develop Area)
• 扩展区域(EXTENSION AREA)
• TGA文件脚注(TGA FILE FOOTER)
• 图像类型(Image Type)
  • 1: 颜色表图像类型
  • 2: 真彩图像
  • 3: 黑白无颜色表图像
  • 9: RLE压缩的颜色表图像
  • 10: RLE压缩的真彩图像
  • 11: RLE压缩的黑白图像
• RLE编码算法
  • packet格式
  • 关于跨行
• 参考

简介

TGA(or TARGA)是由Truevision公司开发的一种描述bitmap（位图）图像文件格式，能表示黑白、索引颜色、RGB颜色等bitmap，是目前应用最广泛的图像格式. 文件扩展名.tga，兼顾bitmap的图像质量、JPEG的小体积特点，支持不失真的压缩算法（RLE）.

TGA格式文件目前有2个版本v1.0和v2.0: v1.0称为origin Truevision TGA; v2.0称为new TGA File或extension TGA File.

new TGA File解决了以下需求(也是新增内容, 如果没用到, 可不必关心):

• The inclusion of a scaled-down “postage stamp” copy of the image 缩减版postage stamp图像副本
• Date and Time of image file creation 图像文件创建的日期和时间
• Author Name 作者名
• Author Comments 作者备注
• Job Name 作业名
• Job Accumulated Time 作业累计时间
• Gamma Value 伽马值
• Correct Color LUT
• Pixel Aspect Ratio 像素纵横比
• Scan Line Offset Table 扫描线偏移表
• Key Color 关键色
• Software Package Name and Version Number 软件包名和版本号
• Developer Definable Areas 开发商定义区域
• Attribute (Alpha) channel Type 属性(α)通道类型
• The ability for simple expansion 简单扩展能力

本文主要解析TGA v2.0格式（详见参考链接）.

术语

Pseudo-Color(伪彩色): 将整个像素值用作可编程颜色表的单个索引, 该颜色表包含实际要显示的红、绿、蓝颜色强度. 使用这种图像的Truevision产品(硬件)有: VDA, VDA/D, TARGA M8, ATVista, NuVista和HR视频板.

True-Color(真彩): 每个像素的红、绿、蓝字段直接决定每种原色强度, 而非通过索引指向颜色表. 对应Truevision产品有: ICB, TARGA 16, TARGA 24, TARGA 32, ATVista和NuVista视频板.

Direct-Color(直接彩色): 每个像素分为红、绿、蓝字段, 但这些字段是单独的索引, 用来访问独立的可编程颜色查找表. 颜色表的查找结果决定了每个原色的强度. 直接彩色系统类似于伪彩色系统, 除了颜色表中的红、绿、蓝可单独改变(改单个索引或查找到的颜色值即可); 而伪彩色系统中的红、绿、蓝, 是绑定到一起存放在颜色表中的. 对应Truevision产品有: ATVista和NuVista视频板.

仅用作伪彩色设备: VDA, VDA/D, TARGA M8, HR;
仅用作真彩设备: ICB, TARGA 16, 24, 32.

Long = 32bit
Short = 16bit
Byte = 8bit
ASCII = C风格字符串, 多个字节, 以NUL byte结尾.
Bit Numbering(位序):

Byte Ordering(字节序): TGA采用Intel字节序(非Motorola字节序), 即低位字节优先. (tips: 解析跨字节整型数据时会用到, 如short, long类型)

TGA格式

TGA格式各主要组成部分及其分布, 如下图所示：

其中, 白底色模块为固定长度, 蓝底色部分表示可变长度(variable).

TGA头部(TGA Header)

18byte头部，包含5个域：

图像/颜色表数据(Image/Color Map Data)

颜色表数据

根据颜色表规格(field 4)的字段, 知颜色表数据(Image Map Data, field 7)信息:
First Entry Index => 颜色表的第一项的索引;
Color map Length => 颜色表中项的数量;
Color map Entry Size => 颜色表中每一项的大小.

tips: 颜色表中, 每个元素称为一个颜色表项(Color Map Entry), 简称项(Entry).

问题1: 根据TGA格式各组成部分的排列，颜色表所在域Image Map Data紧跟Image ID, 前面的域都能确定大小, 为何还需要提供First Entry Index?

由于官方文档描述不清, 个人理解: 颜色表中存放着若干项, 但不一定都用到. 比如有1000个项, 但只用了其中72个(从342开始), 此时, 可设置First Entry Index = 342, Color map Length = 72.

问题2: 颜色表规格描述了颜色表位置、项数、每项大小, 但存放什么内容呢?

存放RGB颜色值, 但每个R、G、B分量占用空间不一定是1byte, 而是\(min(\frac{field 4.3}{3}, 8)\)bit, 即(Color map Entry Size)/3和8的最小值.
例如, Color map Entry Size指定项大小为8, 则每个R、G、B分量占2bit(多余高位忽略);
Color map Entry Size = 16, 则每个R、G、B分量占5bit;
Color map Entry Size = 24, 则每个R、G、B分量占8bit;
Color map Entry Size = 32, 则每个R、G、B分量占8bit;

图像数据

根据图像规格(field 5)的字段, 知图像数据(Image Data, field 8)信息:
Image Width => 图像宽度(pixel)
Image Height => 图像高度(pixel)
Pixel Depth => 每个像素的位数, 通常是8、16、24、32(其他值也能用).

问题3: Pixel存放什么?
根据不同的Image Type(详见后文), Pixel存放内容有不同的解读.
对于颜色表图像(COLOR-MAPPED), Image type(field 3)=1或9, Pixel存放的就是颜色表项的索引(基于前面的First Entry Index计算).
对于真彩图像(TRUE-COLOR), Image type(field 3)=2或10, Pixel存放的就是R、G、B值(由Image Descriptor决定属性位数, 即α通道).
对于黑白图像(BLACK and WHITE), Image type(field 3)=3或11, Pixel存放的就是灰度值(8bit即可).

开发者区域(Develop Area)

如果包含不止1个开发者区域，则创建一个开发者目录(Developer Directory)进行映射. Developer Directory由TGA File Footer(TGA脚注)的offset(field 29.2)指定位置.

扩展区域(EXTENSION AREA)

TGA文件脚注(TGA FILE FOOTER)

解析TGA文件时，如何判定是Origin TGA格式(v1.0)还是New TGA格式(v2.0)?
可读取TGA文件的最后26byte脚注来实现.

合法的脚注，byte8~23为签名"TRUEVISION-XFILE". 如果检测到签名，则为New TGA，说明包含Develop Area, Extension Area；否则，为Origin TGA.

Byte 0-3: The Extension Area Offset 扩展区域位置由该值决定;
Bytes 4-7: The Developer Directory Offset 见下文;
Bytes 8-23: The Signature 签名, 用于判定是否为NEW TGA
Byte 24: ASCII Character “.” NEW TGA固定值
Byte 25: Binary zero string terminator (0x00) 固定值

注意：不要求开发者读写、使用Extension或Develop Area，这些是可选的. 但推荐文件包含TGA File Footer.

图像类型(Image Type)

解读由Field 2(Color Map Type)和Field 3(Image Type)决定的图像类型，方便判断什么时候该用什么类型.

1: 颜色表图像类型

用于存储颜色表图像，如VDA/D，TARGA M8或颜色表TrueVista图像. 该格式能快速获取、显示，但会耗费较多存储空间. 适用于存储和显示时间很关键，但文件大小不重要的情形.

文件格式要求：Color Map Type = 0x01, Image Type = 0x01.

2: 真彩图像

用于存储图像，其中每个像素都由红、绿、蓝表示（例如，ICB、TARGA 16、TARGA 24、TARGA 32、 TrueVISTA图像）. 适用于存储和显示时间非常重要，但文件大小不重要的情形.

文件格式要求：Color Map Type = 0x01, Image Type = 0x02.

3: 黑白无颜色表图像

用于存储光栅图像，其中每个像素由灰度值表示(如TARGA 8, M8及一些TrueVista模式).

文件格式要求：Color Map Type = 0x00, Image Type = 0x03.

9: RLE压缩的颜色表图像

用于存储每个像素都由颜色表索引表示的图像.RLE算法压缩图像，节约大量存储空间.

文件格式要求：Color Map Type = 0x01, Image Type = 0x09.

10: RLE压缩的真彩图像

用于存储光栅图像，其中每个像素由红、绿、蓝表示. RLE算法压缩图像. 该格式用于存储ICB、TARGA 16/24/32、TrueVISTA(16bit RGB, 32bit RGB模式)图像. 适用于由计算机生成的图像，包含大段相同颜色.

文件格式要求：Color Map Type = 0x00, Image Type = 0x0A.

11: RLE压缩的黑白图像

用于存储光栅图像，其中每个像素由灰度值表示. RLE压缩图像. 用于存储黑白TARGE 8/M8，及计算机生成的包含大段相同颜色的图像.
文件格式要求：Color Map Type = 0x00, Image Type = 0x0B.

RLE编码算法

RLE(run-length encoding)，即游程编码、行程编码，是一种无损文件压缩算法. 图像数据类型9、10用到了RLE压缩图像.

RLE算法思想：连续相同的数值，用 重复数 + 数值 表示. 例如，文本文件中，原始字符串"AABCCC"，经RLE编码后，变成"2A1B3C".

对于图像文件，用RLE算法对图像数据(Image Data)进行编码，所得图像称为RLE图像. 其中，包含2类数据元素：RLE packet、Raw packet.

packet格式

每个packet的第1个byte，称为Repetition Count field(重复数字段). 第2个byte，称为Pixel Value field(像素值字段).

packet格式如下图所示：

• packet类型(packet type)

第1个byte的bit7(最高位):
1 - 表明该packet是RLE packet;
0 - Raw packet.

• 重复数(Repetition Count)

指明后面Pixel Value重复的次数，范围0~127.
注意：实际重复次数 = Repetition Count + 1，即值0表示重复次数1，1表示重复次数2，...，127表示重复次数128.

• Pixel Value

对于RLE packet, 会合并连续相同的像素，用1个Pixel Value表示这些连续的像素，而Repetition Count对连续相同像素进行计数；
对于Raw packet，不会进行合并，像素原来是怎么存储的，现在依然不变，但Repetition Count会对这些连续相同的像素计数.

例如，扫描到图像的一行有128个连续相同的像素，每个像素有24bit(3byte). 现用RLE算法进行压缩. 需要多少存储空间？
如果用Raw packet，那么需要3byte * 128 = 384byte，再加上1byte Repitition Count，总计385byte；
如果用RLE packet，那么需要3byte表示重复像素，再加上1byte Repitition Count，总计4byte.

也就是说，Raw packet并不会减少图像存储空间，相反，会增加存储空间.

关于跨行

对于RLE packet，编码像素时，即使行尾与下一行头像素相同，绝不应该跨行. 应该怎么做？
编码为独立的packet，而不是同一个. 因为这样，软件能用扫描线快速随机访问每行.

RLE编码的Pixel Value通常会有下面几种类型的像素类型：

from: TGA File Format Summary

参考

TGA 2.0 File Format Specifications

TGA File Format Summary

【数据压缩】TGA文件格式分析 | CSDN

【数据压缩2】TGA格式图片文件分析 | CSDN