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TIF格式圖像文件初探

編輯：關於VC++

本文配套源碼

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。這裡本人不揣淺陋，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，這裡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為TIF格式，42這個數並不是一般人想象中的那樣認為是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指出該結構裡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（這就是為什麼稱TIF格式文件為可擴充標記的文件，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就是代表著該數據的類型，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。如果變量值占用的空間小於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，並將其初始化為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為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)　　//計算圖象數據占用字節數　　　　{ 　　　　　　//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，這裡就不詳述了。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，減少了編碼復雜度。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並復制到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並復制到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並復制到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，為顯示BMP文件做准備

//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文件信息已轉換為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);