ExifをC#から編集する

写真の画像ファイルを扱うアプリを作るとき、意外と無視できない要素がExifのメタデータで、例えば画像方向（Orientation）が反映されてないとどうも気になったりする。そこでExifを読み出すようにするまではいいが、さらに一歩進んでExifを書き込もうとすると、これが意外と手がかかるという話。

1. 背景

JPG形式の画像は再圧縮を繰り返すと画質が劣化する。したがって、再圧縮せずExifだけ編集したい場合、System.Windows.Media.Imaging名前空間にはおあつらえ向きのInPlaceBitmapMetadataWriterが存在する。で、早速これでJPGファイルのExifを編集しようとすると、成功しない。

その理由は既に説明されていて、これでExifのメタデータを書き込むにはそのJPGファイルのメタデータにそのための領域、Paddingが必要なのだが、カメラがJPGファイルに記録するときにはPaddingが付けられていないという問題がある。

Using WPF's InPlaceBitmapMetadataWriter

この問題を解決するためのサンプルコード（サンプル中の"UsingInPlaceBitmapMetadataWriter"プロジェクト）も示されているので、これをベースに実用的なメソッドを仕立ててみる。

2. コーディング

流れとしては、以下のとおり。

画像データを開き、メタデータにPaddingを付けた上で一旦保存する。この際、画像データが再圧縮されないようにする。
画像データをInPlaceBitmapMetadataWriterで開き、InPlaceBitmapMetadataWriterのプロパティで公開されているフィールドであればそのプロパティを通して、あるいはSetQueryメソッドなどでフィールドのパスを直接指定して編集した後、TrySaveメソッドで保存する。

例として、撮影日時（DateTaken）を編集するようにしたコードは以下のとおり。入力はI/Oバウンドなメソッドに合わせやすいStreamで、出力は加工しやすいByte配列で。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Windows.Media.Imaging;

/// <summary>
/// Query paths for padding
/// </summary>
private static readonly List<string> queryPadding = new List<string>()
{
    "/app1/ifd/PaddingSchema:Padding", // Query path for IFD metadata
    "/app1/ifd/exif/PaddingSchema:Padding", // Query path for EXIF metadata
    "/xmp/PaddingSchema:Padding", // Query path for XMP metadata
};

/// <summary>
/// Edit date taken field of Exif metadata of image data.
/// </summary>
/// <param name="source">Stream of source image data in JPG format</param>
/// <param name="date">Date to be set</param>
/// <returns>Byte array of outcome image data</returns>
public static Byte[] EditDateTaken(Stream source, DateTime date)
{
    if (source == null)
        throw new ArgumentNullException("source");

    if (date == null)
        throw new ArgumentNullException("date");

    if (0 < source.Position)
        source.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

    // Create BitmapDecoder for a lossless transcode.
    var sourceDecoder = BitmapDecoder.Create(
        source,
        BitmapCreateOptions.PreservePixelFormat | BitmapCreateOptions.IgnoreColorProfile,
        BitmapCacheOption.None);

    // Check if the source image data is in JPG format.
    if (!sourceDecoder.CodecInfo.FileExtensions.Contains("jpg"))
        return null;

    if ((sourceDecoder.Frames[0] == null) || (sourceDecoder.Frames[0].Metadata == null))
        return null;

    var sourceMetadata = sourceDecoder.Frames[0].Metadata.Clone() as BitmapMetadata;

    // Add padding (4KiB) to metadata.
    queryPadding.ForEach(x => sourceMetadata.SetQuery(x, 4096U));

    using (var ms = new MemoryStream())
    {
        // Perform a lossless transcode with metadata which includes added padding.
        var outcomeEncoder = new JpegBitmapEncoder();

        outcomeEncoder.Frames.Add(BitmapFrame.Create(
            sourceDecoder.Frames[0],
            sourceDecoder.Frames[0].Thumbnail,
            sourceMetadata,
            sourceDecoder.Frames[0].ColorContexts));

        outcomeEncoder.Save(ms);

        // Create InPlaceBitmapMetadataWriter.
        ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

        var outcomeDecoder = BitmapDecoder.Create(ms, BitmapCreateOptions.None, BitmapCacheOption.Default);

        var metadataWriter = outcomeDecoder.Frames[0].CreateInPlaceBitmapMetadataWriter();

        // Edit date taken field by accessing property of InPlaceBitmapMetadataWriter.
        metadataWriter.DateTaken = date.ToString();

        // Edit date taken field by using query with path string.
        metadataWriter.SetQuery("/app1/ifd/exif/{ushort=36867}", date.ToString("yyyy:MM:dd HH:mm:ss"));

        // Try to save edited metadata to stream.
        if (metadataWriter.TrySave())
        {
            Debug.WriteLine("InPlaceMetadataWriter succeeded!");
            return ms.ToArray();
        }
        else
        {
            Debug.WriteLine("InPlaceMetadataWriter failed!");
            return null;
        }
    }
}

ポイントは、BitmapDecoder.CreateメソッドでBitmapCreateOptionsにBitmapCreateOptions.PreservePixelFormatとBitmapCreateOptions.IgnoreColorProfileを指定し、BitmapCacheOptionにBitmapCacheOption.Noneを指定することで（36-39行目）、これで再圧縮が行われなくなる。

Paddingのサイズは4KiBを指定しているが（51行目）、元記事によればたいていの書き込みで1-5KiBの範囲で収まるとのことなので、余っていると思う。

Exifの編集は、BitmapCreateOptions.IgnoreColorProfileのプロパティを通したもの（74行目）と、フィールドのパスを直接指定したもの（77行目）で、これはどちらかでいい。それぞれの場合の留意事項として、

プロパティを通す場合

そもそもプロパティで公開されているフィールドは限られていて、その中でも機能しないものがある（例えばTitleはうまく行かなかった）。

パスを直接指定する場合

フィールドの値について、SetQueryメソッドの引数はObjectなので何でも入れられるが、その前に型をきちんと合わせる必要がある。型が文字列や数値の場合は別に難しくないが、DateTimeの場合、この例のように書式指定したToStringメソッドで文字列にする必要があった（プロパティを通す場合は書式指定は不要）。
なお、パス自体を書く代わりにSystem.Photo名前空間の該当するPhoto Metadata Policyの文字列（この場合はSystem.Photo.DateTakenなので、"System.Photo.DateTaken"）を使うことも可能、なはずなのだが、このフィールドではうまく行かなかった。

ついでに、たまたま気づいたが、このPhoto Metadata PolicyにSystem.Photo.ISOSpeedがあるが、このパス"/app1/ifd/exif/{ushort=34855}"のタグ番号34855はExif 2.2のISOSpeedRatingsに当たる一方、Exif 2.3ではPhotographicSensitivityに変更され、新たにタグ番号34867のISOSpeedが設けられている。したがって、Exif 2.3のISOSpeedを指定したつもりで古い別のフィールドを指定することがあり得る。

という次第で、実際に使うフィールドごとに関係資料を見つつ確認していく地道な作業が必要だと思う。

一応、このメソッドの使用例。sourcePathのパスにあるJPGファイルのExifの撮影日時を変更し、outcomePathのパスに保存する。

private async Task ChangeDateTaken(string sourcePath, string outcomePath, DateTime date)
{
    byte[] buff;

    using (var sourceStream = File.Open(sourcePath, FileMode.Open))
    using (var ms = new MemoryStream())
    {
        await sourceStream.CopyToAsync(ms);

        buff = BitmapMetadataEditor.EditDateTaken(ms, date);
    }

    if (buff == null)
        return;

    using (var outcomeStream = File.Create(outcomePath))
    {
        await outcomeStream.WriteAsync(buff, 0, buff.Length);
    }
}

フィールドを固定しない汎用的なメソッドにしたサンプルコード。フィールドの値の引数は型をObjectにしてあるが、それぞれ適した型にして引数に入れる必要がある。

8th way to explore the world

2014/05/26