加速写入多图像TIFF？

Question

我正在尝试将图像堆栈写入 TIFF 文件。图像大小为 256*256 像素，每个堆栈包含 1000 张图像。编写其中一个文件大约需要 4 分钟 - 所以我的代码很可能有问题。

这就是我正在做的：

void Tiff_WriterSplit(float data[], int PicNum, int WIDTH, int LENGTH, char PATH[]) {
     int i;
     int rows = LENGTH, columns = WIDTH;
     TIFF* tif;

     if (PicNum == 0)
         tif = TIFFOpen(PATH, "w");
     else
         tif = TIFFOpen(PATH, "a");

     TIFFSetField(tif, TIFFTAG_IMAGEWIDTH, columns);
     TIFFSetField(tif, TIFFTAG_IMAGELENGTH, rows);
     TIFFSetField(tif, TIFFTAG_SAMPLESPERPIXEL, 1);
     TIFFSetField(tif, TIFFTAG_BITSPERSAMPLE, 32);
     TIFFSetField(tif, TIFFTAG_SAMPLEFORMAT, SAMPLEFORMAT_IEEEFP);

     for (i = 0; i < rows; i++)
         TIFFWriteScanline(tif, &data[i * columns], i, 0);

     TIFFWriteDirectory(tif);
     TIFFClose(tif);
}

将为堆栈中的每个图像调用此函数

Tiff_WriterSplit

。第一个图像将有

PicNum = 0

以

w

模式打开 tiff 文件，以下所有图像将有

PicNum > 0

以

a

模式打开它。写入速度开始时约为 40 MB/s，随着文件大小的增加而变得越来越慢 - 降至约 1 MB/s。如何优化性能？

Answer 1

写 tiff 比读 tiff 容易得多。 libtiff 的开销对于写入性能来说可能相当有限。假设您有一个可以由 tiff 标头表示的某种像素格式的缓冲区，写入 tiff 的步骤，

1. 写入 tiff 标题
2. 写入图像数据
3. 写入目录（标签表）。

对于多图像 tiff，我们受到 32 位条目的 4GB tiff 限制。但是，如果您的图像始终具有相同的几何形状（宽度、高度、平面、深度），则可以在写入所有图像数据后写出标记表中的目录条目。您可以将该目录放置在 tiff 二进制文件的末尾（或开头）。如果最后您知道图像的数量，则可以在写入图像之前形成目录条目（就地构建表）。如果 API 不允许您预先知道图像的数量，则必须在写入最终图像后在 IFD 中计算最终文件偏移量。

直接写入 tiff 可以让您使用

fallocate

、

mmap

和其他操作系统功能，这可能会加快写入多图像 tiff 的速度。如果需要转换图像格式，这项工作在计算上会更具挑战性，因为它可能涉及信号处理。

直接写入的单图像平面写入速度比 libtiff 快 3 倍以上。如果 libtiff 不断重新计算并重新定位 tiff (IFD) 末尾的标签表，那么每个图像的时间复杂度为 O(n^2)。

我使用这种技术将科学图像传感器数据从 genicam 设备传输到磁盘。它允许以更高的 FPS 进行捕获。

将视觉分析与多 tiff（目录）结构相结合来查找感兴趣区域，将允许在单个 tiff 中为每个帧保存多个感兴趣区域。

参考

• http://www.fileformat.info/format/tiff/corion.htm
• http://paulbourke.net/dataformats/tiff/

Answer 2

我也遇到过类似的性能问题。看来（从 libTiff 版本 4.0.9 开始）TIFFWriteDirectory 中存在性能问题，导致其运行时间随着多页 TIFF 文件中已存在的图像数量而变化。

我认为这与 TIFF 文件规范的编写方式没有任何关系 - 我认为这是 libTiff 中的性能错误。

我发现保存前 80 个图像（大约 24,000 字节）需要 21 毫秒，但当我将 9,000 个图像写入同一文件时，这个时间会线性上升到 3 秒。 99.5% 的时间花在 TIFFWriteDirectory 上（调用 TIFFLinkDirectory，其中大部分时间花在 _tiffReadProc 上）。

Answer 3

已知的 libtiff 错误，已在 v4.4.0 中修复。