TIF格式圖像文件初探

 TIF格式圖像文件初探

作者：三辰卡通集團技術部 劉暉

下載源代碼 http://www.cgsir.com/download/phpbb/tiff_format.rar

一、前言

　　因工作需要，本人經常接觸一些圖像方面的編程工作。目前圖像領域中的格式很多且大部分官方說明都是英文文檔，實在令人頭疼，我想受此困擾的程序員朋友不在少數吧。這裏本人不揣淺陋，寫了一個將TIF格式轉換成BMP格式圖像的程序，供大家參考。請不吝賜教。
　　注：TIF是可擴充標記的文件，所以理論上是不可能編寫一個能識別所有類別TIF格式的讀寫程序，這裏只是給大家提供一個思路， 將TIF圖像轉換成BMP圖像後就可以使用Windows提供的API函數對其進行編輯並方便直觀地顯示出來，測試代碼中包含 了一個用於測試的TIF圖。本代碼也只能針對這一種類別的TIF圖進行操作，如何對其他類別的TIF圖進行編碼，讀完本例子自然就能融會 貫通了。

二、TIF圖像格式概覽

TIF圖由四個部分組成：
1、圖像文件頭（Image File Header簡稱IFH）：

圖一 IFH結構描述

　　IFH數據結構包含3個成員共計8個字節，Byte order成員可能是“MM”(0x4d4d)或“II”(0x4949)，0x4d4d表示該TIFF圖是摩托羅拉整數格式 0x4949表示該圖是Intel整數格式；Version成員總是包含十進制42(0x2a)，它用於進一步校驗該文件是否爲TIF格式，42這個數並不是一般人 想象中的那樣認爲是tif軟件的版本，實際上，42這個數大概永遠不會變化；第三個成員是IFD（接下來要說的第二個數據結構）相對文件開始 處的偏移量。

2、圖像文件目錄（Image File Directory簡稱IFD）：

圖二 IFD及DE結構描述

　　IFD是TIF圖中最重要的數據結構，它包含了一個TIF文件中最重要的信息，一個TIF圖可能有多個IFD，這說明文件中有多個圖像，每個IFD標識1個圖像的基本屬性。 IFD結構中包含了三類成員，Directory Entry Count指出該結構裏面有多少個目錄入口；接下來就是N個線性排列的DE序列，數量不定（這就是 爲什麼稱TIF格式文件爲可擴充標記的文件，甚至用戶可以添加自定義的標記屬性），每個DE標識了圖像的某一個屬性；最後就是一個偏移量， 標識下一個文件目錄相對於文件開始處的位置，當然，如果該TIF文件只包含了一幅圖像，那麼就只有一個IFD，顯然，這個偏移量就等於0；

3、目錄入口（Directory Entry簡稱DE）：
　　共12個字節，見圖二。簡單說，一個DE就是一幅圖像的某一個屬性。例如圖像的大小、分辨率、是否壓縮、像素的行列數、一個像素由幾位 表示（1位代表黑白兩色，8位代表256色等等）等。其中：tag成員是該屬性的編號，在圖像文件目錄中，它是按照升序排列的。我們可以通過讀 這些編號，然後到TIF格式官方白皮書中查找相應的含義。屬性是用數據來表示的，那麼type就是代表着該數據的類型，TIF官方指定的有5種數據類型。 type=1就是BYTE類型（8位無標記整數）、type=2是ASCII類型（7位ASCII碼加1位二進制0）、type=3是SHORT類型（16位無標記整數）、type=4是LONG 類型（32位無標記整數）、type=5是RATIONAL類型（2個LONG，第一個是分子，第二個是分母）。length成員是數據的數量而不是數據類型的長度。 第4個成員valueOffset很重要，它是tag標識的屬性代表的變量值相對文件開始處的偏移量。如果變量值佔用的空間小於4個字節，那麼該值就存放在 valueOffset中即可，沒必要再另外指向一個地方了。

4、圖像數據 本例提供的圖像是基於256灰度級的，即一個字節代表一個像素點，它是0x00~0xff區間中256個灰度級的任意一個整數。通過使用UltraEdit工具觀察， 我們發現該圖像文件的組織形式是：IFH--數據--IFD。以下的示例說明遵循了這一觀察結果。

三、實戰

1、VC創建一個MFC AppWizard(exe)工程取名TiffTest，選擇單文檔程序。
2、添加TiffStruct.h文件，定義IFH和DE結構（參考前面的結構描述），用來接收讀TIF文件的信息。

　　#ifndef _TIFFSTRUCT_
　　#define _TIFFSTRUCT_

　　typedef struct tagIMAGEFILEHEADER
　　{
　　　　WORD byteOrder;
　　　　WORD version;
　　　　DWORD offsetToIFD;
　　}IFH;

　　typedef struct tagDIRECTORYENTRY
　　{
　　　　WORD tag;
　　　　　　　　WORD type;
　　　　　　　　DWORD length;
　　　　　　　　DWORD valueOffset;
　　}DE;

　　#endif

3、在文檔類中添加4個公有變量，並將其初始化爲0。在TiffTestDoc.cpp中#include "TiffStruct.h" DWORD m_dwBmSize; //圖象的數據部分的大小
　　　　CPalette m_palDIB; //BMP圖象調色板
　　　　HANDLE m_hDIB; //BMP圖象內存塊句柄
　　　　CSize m_sizeDoc; //圖象的長和寬

4、在文檔類的OnOpenDocument函數中定義局部工具變量並讀文件 　　　　　　　　DWORD dwFileLength = 0;
　　　　CString strTemp = _T("");
　　　　WORD wDECount = 0;
　　　　BYTE* pDIB = NULL;
　　　　int i = 0;

　　　　IFH ifh;
　　　　ZeroMemory(&ifh, sizeof(IFH));

　　　　CFile file;
　　　　CFileException fe;

　　　　if(0 == file.Open(lpszPathName, CFile::modeRead | CFile::shareDenyWrite, &fe))
　　　　{
　　　　　　　　AfxMessageBox("打開文件失敗");
　　　　　　　　return FALSE;
　　　　}
　　　　dwFileLength = file.GetLength();

讀IFH文件頭
　　　　if(sizeof(IFH) != file.Read(&ifh, sizeof(IFH)))
　　　　{
　　　　　　　　AfxMessageBox("讀TIF文件頭失敗");
　　　　　　　　return FALSE;
　　　　}

　　　　if(0x2a != ifh.version)
　　　　{
　　　　　　　　AfxMessageBox("該文件不是TIF格式，讀文件失敗");
　　　　　　　　return FALSE;
　　　　}

　　　　if(0x4949 != ifh.byteOrder)
　　　　{
　　　　　　　　AfxMessageBox("該TIF文件不是IBMPC字節序，讀文件失敗");
　　　　return FALSE;
　　　　}

　　　　file.Seek(ifh.offsetToIFD, CFile::begin);//將文件指針定位到IFD

讀文件有多少個目錄入口
　　　　if(2 != file.Read(&wDECount, 2))
　　　　{
　　　　　　　　AfxMessageBox("無法獲得TIF文件目錄入口數量");
　　　　　　　　return FALSE;
　　　　}
　　　　strTemp.Format("該TIF文件有%d個目錄入口", wDECount);
　　　　AfxMessageBox(strTemp);

創建DE數組，接收信息，數組中有wDECount個元素
　　　　DE* pde = new DE[wDECount];
　　　　DE* pTemp = pde;
　　　　memset(pde, 0, sizeof(DE)*wDECount);
　　　　if(sizeof(DE)*wDECount != file.ReadHuge(pde, sizeof(DE)*wDECount))
　　　　{
　　　　　　　　AfxMessageBox("讀圖象文件目錄失敗");
　　　　　　　　delete []pde;
　　　　　　　　return FALSE;
　　　　}

顯示圖像文件目錄信息
　　　　for(i=0; itag, i, pTemp->type, i, pTemp->length, i, pTemp->valueOffset);
　　　　　　　　AfxMessageBox(strTemp);
　　　　}

把圖像的大小和圖像數據的容量保存到成員變量中
　　　　for(i=0; i<wDECount; i++)
　　　　{
　　　　　　　　pTemp = pde + i;
　　　　　　　　if(256 == pTemp->tag) //tag爲256的目錄入口中的變量標識了圖象寬度
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　m_sizeDoc.cx = pTemp->valueOffset;
　　　　　　　　}
　　　　　　　　if(257 == pTemp->tag) //圖象高度
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　m_sizeDoc.cy = pTemp->valueOffset;
　　　　　　　　}
　　　　　　　　if(273 == pTemp->tag) //計算圖象數據佔用字節數
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　//m_dwBmSize = pTemp->valueOffset - sizeof(IFH);
　　　　　　　　　　　　//或者把tag=256的valueOffset乘以tag=257的valueOffset
　　　　　　　　　　　　m_dwBmSize = m_sizeDoc.cx * m_sizeDoc.cy;
　　　　　　　　}
　　　　}

在文檔類中創建一個成員工具函數CreateBmpBuffer，申請全局內存塊以存放BMP文件結構數據
　　　　BOOL CTiffTestDoc::CreateBmpBuffer()
　　　　{
　　　　//申請BMP內存塊
　　　　m_hDIB = GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE | GMEM_ZEROINIT,
sizeof(BITMAPFILEHEADER) +
sizeof(BITMAPINFOHEADER) +
256*sizeof(RGBQUAD) +
m_dwBmSize);
　　　　　　　　if(NULL == m_hDIB)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　AfxMessageBox("申請BMP內存塊失敗");
　　　　　　　　　　　　return FALSE;
　　　　　　　　}
　　　　　　　　else
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　return TRUE;
　　　　　　　　}
　　　　}

回到OnOpenDocument成員函數中調用工具函數並獲得全局內存塊指針 //構造BMP圖象內存塊
　　　　if(!CreateBmpBuffer())
　　　　{
　　　　　　　　AfxMessageBox("構造BMP圖象內存塊失敗");
　　　　　　　　delete []pde;
　　　　　　　　return FALSE;
　　　　}

　　　　//獲得BMP內存塊指針
　　　　pDIB = (BYTE*)GlobalLock(m_hDIB);
　　　　if(NULL == pDIB)
　　　　{
　　　　　　　　AfxMessageBox("獲得BMP內存塊指針失敗");
　　　　　　　　GlobalUnlock(m_hDIB);
　　　　　　　　delete []pde;
　　　　　　　　return FALSE;
　　　　}

　　以下是將圖像信息填充到BMP內存塊中，網上介紹BMP格式的文章很多，這裏就不詳述了。因測試圖像數據表達的是0x00-0xff灰度，正好和BMP文件調色板索引值巧合。 故在代碼中直接把圖像數據信息當成索引即可，減少了編碼複雜度。注：BMP文件中圖像數據的第一行代表的是最終顯示光柵的最後一行，所以在數據排列中要顛倒過來。 //構造BITMAPFILEHEADER並複製到BMP內存塊
BITMAPFILEHEADER bmfHdr;
memset(&bmfHdr, 0, sizeof(BITMAPFILEHEADER));
bmfHdr.bfOffBits = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER) +
256*sizeof(RGBQUAD);
bmfHdr.bfReserved1 = 0;
bmfHdr.bfReserved2 = 0;
bmfHdr.bfSize = bmfHdr.bfOffBits + m_dwBmSize;
bmfHdr.bfType = 0x4d42;

memmove(pDIB, &bmfHdr, sizeof(BITMAPFILEHEADER));

//構造BITMAPINFOHEADER並複製到BMP內存塊
BITMAPINFOHEADER bmiHdr;
memset(&bmiHdr, 0, sizeof(BITMAPINFOHEADER));
bmiHdr.biBitCount = 8;
bmiHdr.biClrImportant = 0;
bmiHdr.biClrUsed = 0;
bmiHdr.biCompression = 0;
bmiHdr.biHeight = m_sizeDoc.cy;
bmiHdr.biPlanes = 1;
bmiHdr.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
bmiHdr.biSizeImage = 0;
bmiHdr.biWidth = m_sizeDoc.cx;
bmiHdr.biXPelsPerMeter = 2834;
bmiHdr.biYPelsPerMeter = 2834;

memmove((BITMAPFILEHEADER*)pDIB + 1, &bmiHdr, sizeof(BITMAPINFOHEADER));

//構造256個RGBQUAD並複製到BMP內存塊
RGBQUAD* pRgbQuad = (RGBQUAD*)(pDIB + sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER));
RGBQUAD* pOldQuad = pRgbQuad;
RGBQUAD rgbQuad;
memset(&rgbQuad, 0, sizeof(RGBQUAD));
for(i=0; i<256; i++)
{
　　　　rgbQuad.rgbBlue = i;
　　　　rgbQuad.rgbGreen = i;
　　　　rgbQuad.rgbRed = i;
　　　　rgbQuad.rgbReserved = 0;
　　　　pRgbQuad = pOldQuad + i;
　　　　memmove(pRgbQuad, &rgbQuad, sizeof(RGBQUAD));
}

//填充所有像素數據, 顛倒圖象數據從最後一行開始讀起
int j = 0;
for(i=m_sizeDoc.cy-1; i>=0; i--)
{
　　　　file.Seek(sizeof(IFH) + i*m_sizeDoc.cx, CFile::begin);
　　　　file.Read((BYTE*)(pRgbQuad + 1) + j*m_sizeDoc.cx, m_sizeDoc.cx);
　　　　j++;
}

初始化BMP調色板，爲顯示BMP文件做準備 //初始化專用調色板
BYTE buf[2+2+4*256];
LOGPALETTE* pPal = (LOGPALETTE*)buf;
pPal->palVersion = 0x300;
pPal->palNumEntries = 256;
for(i=0; i<255; i++)
{
　　　　pPal->palPalEntry[i].peBlue = i;
　　　　pPal->palPalEntry[i].peFlags = 0;
　　　　pPal->palPalEntry[i].peGreen = i;
　　　　pPal->palPalEntry[i].peRed = i;
}
m_palDIB.CreatePalette(pPal);

最後是OnOpenDocument成員函數返回前的清理工作
GlobalUnlock(m_hDIB);
delete []pde;
return TRUE;

　　至此，TIF文件信息已轉換爲BMP圖像並保存在全局內存塊中了，接下來就可以在OnDraw中調用WinAPI函數StretchDIBits來顯示它。
if(NULL == pDoc->m_hDIB)
{
　　　　return;
}
HDC hdc = pDC->m_hDC;
BYTE* pBuf = (BYTE*)GlobalLock(pDoc->m_hDIB);
pBuf += sizeof(BITMAPFILEHEADER);
BYTE* pData = pBuf + sizeof(BITMAPINFOHEADER) + 256*sizeof(RGBQUAD);

CPalette* pOldPal = pDC->SelectPalette(&pDoc->m_palDIB, TRUE);
pDC->RealizePalette();

::SetStretchBltMode(hdc, COLORONCOLOR);
::StretchDIBits(hdc, 10, 10, pDoc->m_sizeDoc.cx, pDoc->m_sizeDoc.cy,
0, 0, pDoc->m_sizeDoc.cx, pDoc->m_sizeDoc.cy, pData,
(BITMAPINFO*)pBuf, DIB_RGB_COLORS, SRCCOPY);

pDC->SelectPalette(pOldPal, FALSE);
GlobalUnlock(pDoc->m_hDIB);


最後別忘了在文檔類析構函數~CTiffTestDoc中銷燬全局內存塊
if(NULL != m_hDIB)
{
　　　　GlobalFree(m_hDIB);
　　　　m_hDIB = NULL;
}

四、結束語
　　測試用的TIF文件在工程目錄下，文件名爲SSS00.TIF。本人學習圖形圖像編程不久，文章難免掛一漏萬，請高手指教。