業務で psd ファイルを解析する必要があったのでその調査した内容についてまとめます。
ファイルフォーマット仕様に関してはAdobeが公開しているのでこちらの情報に準じます。

以下のような階層を持った psd ファイルを用意します。

各データのセクションについて

データはいくつかのセクションに分かれており、
・File Header セクション
・Color Mode Data セクション
・Image Resources セクション
・Layer and Mask Information セクション
・Image Data セクション

に分かれています。
Color Mode Dataセクション、Image Resources セクション、Image Dataセクションに関しては今回は使用しなかったので割愛します。

データ型

この記事では各種データ型サイズは以下のように定義します。

型名	サイズ
byte	1byte
short	2byte
int	4byte
long	8byte
double	8byte

と定義します。
また、psd ファイルでは上記データ型は全てビッグエンディアンである事に注意してください。
また、文字列はPascal文字列とUnicode文字のどちらかが使われます。

PascalString

先頭の1バイトに文字列長が定義されている文字列です。
2バイト、もしくは4バイトでパディングすることがあります。
(パディング長はプロパティによって異なるので注意)

UnicodeString

先頭4バイトに文字数が含まれるビッグエンディアンの2バイト文字列です。
この文字数はバイト数ではないので1文字2バイトで計算する必要がある点に注意してください。

Rect

レイヤーの描画範囲、マスクの範囲などで使われるデータ構造です。

データサイズ	プロパティ名
int	Top
int	Left
int	Bottom
int	Right

File Header セクション

データサイズ	プロパティ名
byte[4]	Signature	常に`8BPS`の４文字が含まれる
short	Version	常に `1` である事が期待される(ただしPSBファイルの場合は2である)
byte[6]	Reserved	常に全て0である(使用されない)
short	NumberOfChannels	チャンネル数(範囲は 1~56 まで)
int	Height	キャンバスサイズ縦(範囲は 1~30,000 まで)
int	Width	キャンバスサイズ横(範囲は 1~30,000 まで)
short	Depth	ビット深度(1, 8, 16, 32)
short	ColorMode	カラーモード(定義は後述)

カラーモード定義

enum として定義すると下記のようになります。

enum ColorMode
{
    Bitmap = 0,
    Grayscale = 1,
    Indexed = 2,
    RGB = 3,
    CMYK = 4,
    Multichannel = 7,
    Duotone = 8,
    Lab = 9
}

今回はRGBしか使用しなかったので本記事ではカラーモードは RGB であるという前提で書きます。

Color Mode Data セクション

データサイズ	プロパティ名
int	Length	セクション長さ

カラーモードが Indexed, Duotoneである場合に使用されるらしいのですが、
使用しなかったので内容がよくわからないので本記事ではスキップします。
(Indexed, Duotone以外はこのセクションのサイズは 0 です)

Image Resources セクション

データサイズ	プロパティ名
int	Length	セクション長さ

下記のような構造をしたデータブロックが連続して続いているセクションです。
今回は使用しなかったのでこちらの詳細はスキップします。

データサイズ	プロパティ名
byte[4]	Signature	常に`8BIM`の4文字が含まれる
short	ResourceID	リソースのIDが含まれる。詳細はこちら
PascalString	Name	2バイトでパディングされたPascal文字列。 null で合った場合も2バイト含まれる(中身は0)
int	Length	Data のサイズです
byte[Length]	Data	各ResourceID別に格納されたデータのサイズ

Layer and Mask Information セクション

レイヤー情報が細かく定義されているセクションです。
この記事では主にこのセクションについての説明を行います。

データサイズ	プロパティ名
int	Length	このセクション全体のサイズ
LayerInfo	LayerInfo	レイヤーの基本情報が含まれる (次の項目で説明)
GlobalLayerMaskInformation	GlobalLayerMaskInformation	使っていないので本記事では説明なし

LayerInfo

データサイズ	プロパティ名
int	Length	このデータブロックのサイズ
short	LayerCount	レイヤー数 (※1
LayerRecord[]	LayerRecords	各レイヤーの情報が含まれます。(次の項目で説明)
ChannelImageData[]	ChannelImageData	LayerRecordsの各レイヤーの画素情報が順番に定義されています。

※1) このレイヤー数は負の数である場合があります。
その場合は絶対値を使用します。
どうやら一番最初のレイヤーのアルファチャンネルに透明度データが含まれる場合、
負の数になるようです。

LayerRecord

データサイズ	プロパティ名
Rect	Rect	レイヤーの範囲
short	ChannelCount	チャンネル数
Channel[ChannelCount]	Channels	チャンネル情報が含まれます。(次の項目で説明)
byte[4]	BlendSignature	ブレンドモードのシグネチャ(常に`8BIM`)
byte[4]	BlendMode	4文字で表すブレンドモード
byte	Opacity	透明度(0〜255)
byte	Clipping	クリッピングフラグ
byte	Flags	ビットフラグ
	ビット0	「透明性を保護」にチェックが入っている場合 1 そうでない場合は 0
	ビット1	レイヤーが非表示になっている場合は 1 表示状態である場合は 0
	ビット2	廃止
	ビット3	Photoshop 5.0 以降では 1、ビット 4 が有用な情報を持っているかどうかを示す。
	ビット4	ドキュメントの外観とは無関係なピクセルデータであるか
byte	Filler	常に 0
int	ExtraDataFieldLength	次のデータブロックの長さ
LayerMaskAdjustmentLayerData	Layer mask / adjustment layer data	レイヤーマスクや調整レイヤーの情報が含まれているらしい。あまり使っていないので割愛
LayerBlendingRangesData	Layer blending ranges data	使っていないので割愛
PascalString	LayerName	レイヤー名 (※1 4バイトパディング
AdditionalLayerInformation[]	AdditionalLayerInformations	レイヤーに付属する情報 (レイヤー名やテキストレイヤーであればテキスト情報、レイヤーグループであるかどうかなど)

※1)　このレイヤー名は32文字までしか含まれず、フルネームを取得したい場合はAdditionalLayerInformationから 'luni' タグに含まれる名前を取得したほうが良いです。

ブレンドモード

Key	Blend Mode Name
pass	pass	通過
norm	normal	通常
diss	dissolve	ディザ合成
dark	darken	比較（暗）
'mul '	multiply	乗算(`mul + 半角スペース1文字`なので注意)
idiv	color burn	焼き込みカラー
lbrn	linear burn	焼き込み(リニア)
dkCl	darker color	カラー比較（暗）
lite	lighten	比較（明）
scrn	screen	スクリーン
'div '	color dodge	覆い焼きカラー
lddg	linear dodge	覆い焼き（リニア）-加算
lgCl	lighter color	カラー比較（明）
over	overlay	オーバーレイ
sLit	soft light	ソフトライト
hLit	hard light	ハードライト
vLit	vivid light	ビビッドライト
lLit	linear light	リニアライト
pLit	pin light	ピンライト
hMix	hard mix	ハードミックス
diff	difference	差の絶対値
smud	exclusion	除外
fsub	subtract	減算
fdiv	divide	除算
'hue '	hue	色相
'sat '	saturation	彩度
colr	color	カラー
'lum '	luminosity	輝度

わかりやすくまとめているサイトがありました。
http://applehaguki.blog55.fc2.com/blog-entry-103.html

Channel

レイヤーのチャンネル情報
RGBモードであればR, G, B, Transparencyの４種類のチャンネル情報が1つのレイヤーに含まれている。

データサイズ	プロパティ名
short	ChannelId	チャンネルID
int	Length	チャンネルデータサイズ

チャンネルID

enum ChannelId
{
    Red = 0,
    Green = 1,
    Blue = 2,
    Transparency = -1,
    UserLayerMask = -2,
    RealUserLayerMask = -3,
}

Channel Image Data部分

データサイズ	プロパティ名
short	Compression	圧縮形式
byte[Length]	ImageData	チャンネルの画素情報

実際のチャンネルデータ(画素情報)は LayerRecords を全て読み終えた後の領域に存在する点に注意
(便宜上別名にしていますが ChannelImageData と Channel は同じものです。)
コードとして実装するとこのような実装になります。

public class LayerInfo
{
    private LayerRecord[] m_layerRecords;
    // LayerInfo の情報を読み取る
    public void Read(IPsdReader reader)
    {
        // データブロックサイズを取得
        int length = reader.ReadInt();

        // レイヤー数を取得
        short layerCount = Math.Abs(reader.ReadShort());

        // LayerRecord を読み込む
        m_layerRecords = new Layer[layerCount];
        for (int i = 0; i < layerCount; ++i)
        {
            m_layerRecords[i] = new LayerRecord();
            m_layerRecords[i].Read(reader);
        }

        // 全 LayerRecord を読み込んだら ChannelImage を読み取る
        foreach (var layerRecord in m_layerRecords)
        {
            layerRecord.ReadChannelImage();
        }
    }
}

public class LayerRecord
{
    private readonly Channel[] m_channels;
    private readonly List<AdditionalLayerInformation> m_additionalLayerInformations = new();

    public void Read(IPsdReader reader)
    {
        Rect = Rectangle.Read(reader); // Rect 情報読み取り
        short channelCount = reader.ReadShort(); // チャンネル数
        m_channels = new Channel[channelCount];
        // チャンネル情報読み取り
        for (int i = 0; i < m_channels.Length; ++i)
        {
            m_channels[i] = new Channel();
            m_channels[i].Read(reader);
        }
        reader.Skip(4); // `8BIM`
        BlendMode = reader.ReadString(4);
        Opacity = reader.ReadByte();
        reader.Skip(1); // Clipping
        Flags = reader.ReadByte();
        reader.Skip(1); // Filler

        int extraDataLength = reader.ReadInt();

        // Layer mask / adjustment layer data
        int layerMaskAndAdjustmentDataLength = reader.ReadInt();
        reader.skip(layerMaskAndAdjustmentDataLength);

        // Layer blending ranges data.
        int layerBlendingDataLength = reader.ReadInt();
        reader.Skip(layerBlendingDataLength);

        LayerName = reader.ReadPascalString(padding: 4);

        // Additional Layer Information
        while (AdditionalLayerInformation.TryReadBlock(this, reader, out AdditionalLayerInformation info))
        {
            m_additionalLayerInformations.Add(info);
        }
    }

    // ImageData を読み取る
    public void ReadChannelImage(IPsdReader reader)
    {
        foreach (var channel in m_channels)
        {
            channel.ReadChannelImage(reader);
        }
    }
}


public class Channel
{
    public ChannelId ChannelId { get; private set; }
    private readonly int m_dataLength;
    public short Compression { get; private set; }
    public byte[] ImageData {get; private set; }

    public void Read(IPsdReader reader)
    {
        ChannelId = reader.ReadShort();
        m_dataLength = reader.ReadInt();
    }

    public void ReadChannelImageData(IPsdReader reader)
    {
        Compression = (Compression)reader.ReadShort();
        ImageData = reader.ReadBytes(m_dataLength - sizeof(Compression));
    }
}

注) IPsdReader というのはpsdファイルのストリームを持っていてint, short, long, doubleなどのデータ型に変換しながら読み進めることの出来る機能を持ったインターフェースであるという体で読んでください。

interface IPsdReader
{
    byte ReadByte();
    byte[] ReadBytes(long count);
    short ReadShort();
    int ReadInt();
    long ReadLong();
    double ReadDouble();
    void Skip(int byteCount);
    string ReadPascalString(int padding);
    string ReadUnicodeString();
}

AdditionalLayerInformation

レイヤーに付属する情報ブロック
4文字の識別情報(Code)と紐づいて定義されています。

共通情報

データサイズ	プロパティ名
byte[4]	Signature	常に `8BIM`
byte[4]	Code	識別情報
以下、識別情報別にそれぞれ定義されたデータを保持する

識別情報

Code	概要	補足
luni	Unicode文字が含まれるブロック	レイヤー名が含まれる
lnsr	レイヤーIDで使われるレイヤー名?を持つブロック	使い方はよくわかってない
lyid	レイヤーIDを持つブロック	使い方はよくわかってない
lsct	レイヤーグループ情報を持つブロック	Section Divider Settingと呼ばれている。レイヤーグループとグループの終端となるレイヤー情報(`</Layer group>`というレイヤーがグループの終端に置かれる)に付加されている。
TySh	Type Tool Objectを持つブロック	テキストレイヤーの場合、テキストの情報が含まれる

識別情報別のデータ構造

luni

データサイズ
UnicodeString	Unicode文字列

lnsr

データサイズ
int	Id for the layer name

lyid

データサイズ
int	layer id

lsct

データサイズ
int	SectionDividerType	エディタ上でフォルダが展開されているか or 閉じているか、またはレイヤーグループの終了地点であるかどうか
以下、Lengthが12以上の場合
byte[4]	Signature	常に`8BIM`
byte[4]	BlendModeKey	ブレンドモード？
以下、Lengthが16以上の場合
int	SubType	使っていないのでよくわからない

SectionDividerType

enum として定義すると以下のような感じ

// レイヤーグループの状態
enum SectionDividerType
{
    AnyOtherType = 0,
    // 展開されている
    OpenFolder = 1,
    // 閉じている
    ClosedFolder = 2,
    // グループの終了地点(</Layer Group>)である
    BoundingSectionDivider = 3,
}

この場合、SectionDividerSettings は以下のような値になります。

TypeToolObjectは説明が長くなるので別の記事で書く予定です。

レイヤー順番

レイヤーの順番は一番下から順になっており、この場合は

wood
↓
＜/Layer group＞ (もしくは＜/Layer set＞ )
↓
img
↓
tape shadow
という順番になります。
構造を図にすると以下のような感じです。

Image Data セクション

このセクションには全てのレイヤーを統合した画像情報が含まれます。
色情報はChannelImageと異なり、Red, Green, Blueの順番で格納されているデータ

データブロックをスキップしたい場合

だいたいのデータブロックは先頭に4バイトのデータ長が含まれているので必要ないブロックに関しては取得したデータブロックサイズ分だけストリームを進めればスキップ可能

続く