2004.07_Konsolowa przeglądarka plików graficznych_[Programowanie].pdf

dla programistów

Konsolowa

przeglądarka plików

graicznych

Marek Sawerwain

pracować w trybie gra-

ficznym, zazwyczaj sto-

sujemy system X Win-

dow . Jądro Linuksa pozwala nam jednak

w bardzo łatwy sposób uruchomić stan-

dardową konsolę tekstową w dowol-

nie wybranym przez nas trybie graficz-

nym. Bardzo często nazywa się to trybem

bufora ramki z tego powodu, że mamy

bezpośredni dostęp do pamięci karty

graficznej. Mówiąc wprost, korzysta-

my z trybu graficznego, ale bez pośred-

nictwa systemu X Window. W obecnej

chwili najpopularniejszym zastosowa-

niem graficznej konsoli jest wyświetlanie

graficznego logo podczas startu systemu,

ale niektórzy z czytelników z pewno-

ścią stosowali przeglądarkę Links właśnie

w trybie graficznym konsoli (wystarczy

dodać podczas wywołania parametr „ -g ”

– links -g ). Programów korzystających

z takiego trybu graficznego jest naturalnie

więcej. Istnieją również gotowe biblioteki

widgetów , jak choćby QT czy GTK+ , które

potrafią wykorzystać bufor ramki.

W tym artykule chciałbym pokazać,

jak napisać prosty, ale przydatny pro-

gram, pracujący na poziomie graficznej

konsoli. Będzie to przeglądarka obraz-

ków w wielu formatach, takich jak png,

jpeg, tiff itd. Wbrew pozorom, programo-

wanie na poziomie bufora ramki nie jest

trudne. Biblioteka podstawowych funkcji

jest niewielka – to tylko 5 kB kodu źró-

dłowego.

zakładamy, że zawsze będzie on korzy-

stał z trybu o 32-bitowym kolorze. Posłu-

giwanie się tymi funkcjami jest bardzo

proste.

Uzyskanie dostępu do bufora to zada-

nie funkcji open_fb , więc jedną z pierw-

szych czynności, którą trzeba wykonać,

to wywołanie tej funkcji:

int h;

h=open_fb();

W zmiennej h znajdzie się uchwyt repre-

zentujący bufor ramki. Dzięki wartości,

którą on zawiera, możemy łatwo spraw-

dzić, czy udało się nam uzyskać dostęp

do karty graficznej. Obsługa sytuacji,

gdy nie udało się „otworzyć” bufora

ramki, sprowadza się do jednej instruk-

cji if :

CD/DVD

Po uruchomieniu dystrybucji

Linux+ Live CD/DVD i przełą-

czeniu się na konsolę tekstową,

będzie można przetestować dzia-

łanie omawianego programu.

if(!h) {

printf("Błąd otwarcia bufora S

ramki!!!\n");

return -1;

}

Listing 1. Fragment programu „Hello

World!”

Na płycie CD/DVD

Na płycie CD/DVD znajdują się

pliki źródłowe i binarne bibliotek,

kompletny kod omawianego pro-

gramu oraz listingi z artykułu.

for ( i = 0 ; i < 9999999 ; i ++) {

x = rand () % vinfo.xres ;

y = rand () % vinfo.yres ;

r = rand () % 255 ;

g = rand () % 255 ;

b = rand () % 255 ;

setpixel32 ( x,y, r,b,g, 0 );

if ( ( i % 1000000 )== 0 )

draw_msg ( vinfo.xres + 50, S

( vinfo.yres / 2 )- 25 );

}

O autorze

Autor zajmuje się tworzeniem

oprogramowania dla WIN32 i

Linuksa. Zainteresowania: teoria

języków programowania oraz

dobra literatura. Kontakt z auto-

rem: autorzy@linux.com.pl.

Małe co nieco

na rozgrzewkę

Do podstawowej obsługi bufora ramki

wystarczy osiem funkcji. Ich spis znajdu-

je się w Tabeli 1. W naszym programie

62 lipiec 2004

W Linuksie, gdy chcemy

przeglądarka plików

dla programistów

Tabela 1. Spis funkcji omawianych w artykule

Obsługa bufora ramki (fb_lib.c)

Nazwa funk-

cji

Listing 2. Funkcja rysująca komunikat

Krótki opis

void draw_msg ( int xx, int yy ) {

int x,y,i = 0 ;

line,size_line = sizeof ( msg )/ 5 ;

x = xx ;

y = yy ;

for ( i = 1 ; i <= sizeof ( msg ); i ++) {

if ( msg [ i - 1 ]== 1 )

whiteblock ( x,y,block_size );

x = x + block_size ;

if (( i % size_line )== 0 )

{ x = xx ; y = y + block_size ; }

}

open_fb otwarcie bufora ramki

get_basic_

info

map_fb utworzenie odwzorowania pamięci graicznej

unmap_fb usunięcie odwzorowania pamięci graicznej

setpixel32 postawienie piksela pod podanymi współrzędnymi

whiteblock narysowanie białego kwadratu pod wskazanymi współrzędnymi

clear32 kasowanie ekranu

close_fb zamknięcie bufora ramki

get_buffer_

ptr

wyświetlenia. Fragment tej tablicy znaj-

duje się poniżej:

Obsługa plików graicznych

ilInit inicjalizacja podstawowych funkcji biblioteki DevIL

iluInit inicjalizacja dodatkowych funkcji biblioteki DevIL

ilEnable włączanie dodatkowych funkcji

ilOriginFunc ustalenie początku obrazu

iluImagePa-

rameter

ustalanie dodatkowych parametrów

np. iltru używanego podczas skalowania

ilGenImages generowanie identyikatorów

ilBindImage ustalanie bieżącego identyikatora

ilDeleteIma-

ges

char msg[]={1001...

1001...

1111...

1001...

};

usuwanie identyikatora

Jedynka oznacza, że ma zostać wyświe-

tlony biały kwadrat, a zero – odwrotnie,

ilGetInteger pobieranie parametrów o obrazie

ilConvertPal konwersja palety

iluScale skalowanie obrazu

ilGetData pobieranie wskaźnika na dane obrazu

ilGetPalette pobieranie wskaźnika na paletę kolorów

Instalacja biblioteki

DevIL

Instalacja tej biblioteki w systemie jest

zadaniem trywialnym, a to ze względu na

obecność skryptu conigure . Wobec tego

wydajemy tylko trzy polecenia:

./configure –prefix=/katalog/do/ S

instalacji

make

make install

Jeśli nie mieliśmy kłopotów, to możemy

korzystać z funkcji setpixel32 . Postawie-

nie białego piksela pod współrzędnymi

100,100 wygląda tak:

wyświetla losowo na ekranie punkty

o dowolnych kolorach oraz co pewien

czas wyświetla na ekranie komunikat tek-

stowy, ale zbudowany z białych kwadra-

tów (to dlatego w naszej „mikro” bibliote-

ce znajduje się funkcja whiteblock ).

Listing 1 przedstawia najważniej-

szą pętlę w naszym pierwszym progra-

mie. Pętla ta rysuje dziesięć milionów

pikseli, ale po każdym milionie punk-

tów rysowany jest także napis „Hello

World!”. To zadanie wykonuje funkcja

draw_msg .

setpixel32(100, 100, 255, 255, 255, 0);

Jeśli zastosowana została ostatnio naj-

nowsza wersja 1.6.6, to podczas kompi-

lacji naszego programu picview, a dokład-

niej w momencie łączenia, możemy otrzy-

mać błąd braku funkcji _vsnprintf . Roz-

wiązanie tego problemu wymaga niewiel-

kiej modyikacji kodu biblioteki DevIL ,

a dokładnej pliku in_tiff.c . Odszukujemy

w nim wystąpienia funkcji _vsnprintf

i zamieniamy je na poprawną nazwę bez

podkreślenia, czyli vsnprintf . Po ponow-

nej kompilacji całej biblioteki wystarczy

zainstalować bibliotekę raz jeszcze i pro-

blem zniknie. Poprzednie wersje DevIL

nie posiadają tego błędu, za to nie obsłu-

gują formatu GIF. Z tego powodu, jeśli

chcemy, aby nasza przeglądarka wczy-

tywała ten rodzaj pliku, musimy korzystać

z wersji 1.6.6 DevIL .

Po zakończeniu pracy z trybem graficz-

nym możemy go zamknąć. Czynność tę

wykonujemy funkcją close_fb podając

za argument zmienną uchwytu.

W naszej docelowej aplikacji nie

potrzebujemy dodatkowych funkcji –

wystarczy nam tylko stawianie punktów,

ale mamy jeszcze funkcję clear32 , kasu-

jącą zawartość ekranu, oraz whiteblock ,

która „wie”, jak narysować biały kwadrat

o podanej długości boku.

Uzbrojeni w taką wiedzę możemy

napisać niewielki program wyświetlają-

cy „Hello World!” dla trybu bufora ramki.

Pełny kod źródłowy zawiera plik hw.c .

Program działa w następujący sposób:

Jak działa draw_msg?

Następnym istotnym fragmentem nasze-

go pierwszego programu jest funkcja

draw_msg . Jej pełny kod zawiera Listing

2. Jak widać, funkcja jest dość krótka

i nie zawiera żadnego ciągu znaków,

który stanowiłby treść naszego komuni-

katu. Korzystamy tylko z tablicy msg – to

w niej został zakodowany tekst do

www.lpmagazine.org

pobranie podstawowych informacji

odczytanie aktualnego wskaźnika na obszar pamięci graicznej

dla programistów

Jak uruchomić obsługę

framebuffera w jądrze

systemu?

Gdy do jądra została dodana obsługa

trybu VESA, to wystarczy podczas startu

systemu podać numer trybu graicznego,

jaki chcemy uruchomić. Z poziomu lilo

piszemy np. linux vga=789 . System uru-

chomi się w trybie 800x600-32bit. Tabela

2 zawiera spis najważniejszych trybów

i ich oznaczeń.

Gdyby okazało się, że jądro które-

go używamy, nie posiada obsługi stan-

dardu VESA, to możemy jeszcze spró-

bować załadować moduł sterownika dla

karty graicznej. Trzeba jednak pamię-

tać, że obsługiwanych jest zaledwie kilka

typów kart graicznych. Dla popularnych

kart NVIDIA wystarczy wydać polece-

nie modprobe rivafb i jeśli mamy star-

szy typ karty tego producenta, to powinni-

śmy już cieszyć się trybem bufora ramki.

Szczęśliwi posiadacze najnowszych kart,

np. GeForceFX 5900 , obejdą się sma-

kiem, ponieważ moduł rivafb nie rozpo-

znaje tego typu kart. Z tego powodu naj-

lepiej korzystać z trybów VESA.

W przypadku braku obsługi trybów

VESA, czeka nas kompilacja jądra.

W pierwszej kolejności należy odzna-

czyć opcję Prompt for development

and/or incomplete code/drivers w sekcji

Code maturity level options . Następnie,

w zależności od typu jądra, trzeba przejść

do Console Drivers/Frame-buffer-options

dla jądra w wersji 2.4.x bądź Device

drivers/Graphics support w przypadku

nowych jąder 2.6.x (należy zaznaczyć

obsługę bufora ramki dla trybu VESA, ale

nie w trybie modułu, bowiem nie będzie-

my mogli podać numeru trybu podczas

uruchamiania systemu). W artykule znaj-

dują się dwa rysunki pokazujące, jakie

opcje trzeba zaznaczyć w przypadku

tych dwóch serii jądra Linuksa.

Rysunek 1. Koniguracja obsługi bufora ramki VESA dla jądra 2.4.x

W pętli odczytujemy kolejne znaki z tabli-

cy msg , więc aby poznać, czy już prze-

kroczyliśmy linię, musimy znać liczbę

znaków w linii. W tablicy msg sam nie

wiem, ile wpisałem znaków, ale każdy

przeglądając kod źródłowy łatwo spraw-

dzi, że mamy wpisane pięć linii, toteż obli-

czenie, ile znaków jest w linii jest bardzo

proste: size_line=sizeof(msg)/5 . Gdy

mamy tę informację, narysowanie zawar-

tości tablicy msg jest już bardzo proste.

Odczytując zawartość msg sprawdza-

my, czy aktualny i-ty element tablicy to

jedynka, a jeśli tak, to wyświetlamy biały

kwadrat. W każdej iteracji pętli zwiększa-

my wartość współrzędnej x o wielkość

bloku: x=x+block_size; . Oczywiście,

w przypadku, gdy osiągniemy koniec

linii komunikatu, wykonujemy dwie

czynności: powracamy na początek miej-

sca, od którego zaczęliśmy rysować nasz

komunikat ( x=xx; ), oraz przechodzimy

linię niżej ( y=y+block_size; ).

przybliżyć sposób implementacji funkcji

związanych z obsługą trybu graficznego.

W Linuksie, a ogólnie w systemach unik-

sowych, urządzenia są reprezentowane

jako pliki. Nie inaczej jest w przypadku

bufora ramki. Zanim zaczniemy z niego

korzystać, należy otworzyć plik, który go

reprezentuje:

fb_handle=open("/dev/fb0", O_RDWR);

Następnie możemy uzyskać podsta-

wowe informacje (np. rozdzielczość,

sposób kodowania kolorów itd.). Tego

typu dane zawierają struktury o typie:

fb_var_screeninfo vinfo oraz fb_fix_

screeninfo .

Aby wypełnić pierwszą strukturę

potrzebnymi informacjami, stosujemy

funkcję ioctl w następującej postaci:

czyli nic nie zostanie wyświetlone. Trzeba

pamiętać o jednym fakcie: cały komunikat,

choć został w kodzie źródłowym odpo-

wiednio sformatowany, nadal jest tabli-

cą jednowymiarową. Podczas wyświetla-

nia komunikatu po wyświetleniu pierw-

szej linii musimy przejść linię niżej.

ioctl(fb_handle, FBIOGET_VSCREENINFO, S

&vinfo)

Programowanie bufora

ramki

Zanim na dobre rozpoczniemy pisać

naszą przeglądarkę, chciałbym jeszcze

Dość trudno będzie operować na bufo-

rze ramki z poziomu pliku. Dlatego, aby

normalnie operować pamięcią graficz-

ną, musimy ją jeszcze odwzorować za

pomocą zwykłego wskaźnika. W naszym

przypadku będzie to typ char . Pomoże to

nam w implementacji funkcji setpixel32 .

Odwzorowanie pliku w pamięci wyko-

nujemy za pomocą funkcji mmap :

Tabela 2. Spis najważniejszych trybów VESA

Bitów na kolor 640x480 800x600 1024x768 1280x1024

769 771

773 775

784 787

790 793

785 788

791 794

char *fb_map=(char*)mmap(0,sc,PROT_READ S

| PROT_WRITE, MAP_SHARED, fb_handle, 0);

24/32

786 789

792 795

lipiec 2004

przeglądarka plików

dla programistów

Listing 3. Funkcja setpixel32

blue_idx32 = vinfo.blue.offset / 8;

transp_idx32 = vinfo.transp.offset / 8;

void setpixel32 ( int x, int y, int r,

int g, int b, int a ) {

int pos ;

pos = ( x + vinfo.xoffset ) * S

( vinfo.bits_per_pixel/ 8 ) + S

( y + vinfo.yoffset ) * finfo.line_length ;

*( fb_map + pos + red_idx32 ) = r ;

*( fb_map + pos + green_idx32 ) = g ;

*( fb_map + pos + blue_idx32 ) = b ;

*( fb_map + pos + transp_idx32 ) = a ;

}

Stawiamy piksele

Podczas wyświetlania obrazu na ekra-

nie będziemy używać tylko jednej

pomocniczej funkcji, a mianowicie set-

pixel32 . Kod tej funkcji przedstawia

Listing 3. Jedynym bardziej skompli-

kowanym elementem, jaki tam napo-

tykamy, jest wyznaczenie miejsca

w pamięci na podstawie współrzęd-

nych docelowych x i y . Współrzędna y

to numer linii, w jakiej chcemy umieścić

punkt. Wyznaczenie, o którą linię nam

W wywołaniu mmap znajduje się szereg

parametrów. W pierwszym można podać

adres początkowy, od którego pamięć

zostanie odwzorowana. W przykła-

dzie podaliśmy zero, więc system sam

wygeneruje odpowiedni adres. Następ-

nie podaje się wielkość obszaru – jest to

zmienna sc . Dalej określany tryb dostę-

pu – interesuje nas odczyt i zapis. Kolej-

ny parametr to tryb dzielenia pamięci.

Wartość MAP_SHARED oznacza, że pamięć

będzie dzielona z innymi procesami.

Następnym parametrem jest uchwyt

pliku, co oznacza, że za pomocą mmap

możemy odwzorować w pamięci także

inne zwykłe pliki. Ostatni parametr

to tzw. przesunięcie: zero oznacza, że

nie będziemy pomijać żadnych danych

z początku odwzorowywanego pliku.

Jak widać, czynności przygoto-

wawcze do korzystania z bufora ramki

nie są zbyt skomplikowane, ale trzeba

zwrócić uwagę na kolejność odwzo-

rowania kolorów w buforze ramki.

Nie zawsze kolory są ułożone w trójki

RGB bądź, tak jak w przypadku nasze-

go trybu 32-bitowego, w czwórkę RGBA

(A oznacza kanał alfa, nazywany kana-

łem przezroczystości). Bardzo często

spotyka się tryb BGRA. Rada na różne

ułożenia kolorów jest bardzo prosta.

Wspominana powyżej struktura vinfo

zawiera numer bitu, pod którym roz-

poczyna się odpowiednia składo-

wa koloru. Nam potrzebne są bajty.

Wystarczy wartości przesunięcia

podzielić przez osiem. Możemy tak

zrobić, ponieważ działamy w trybie 32-

bitowym, gdzie na każdy kolor przypa-

da osiem bitów:

red_idx32 = vinfo.red.offset / 8;

green_idx32 = vinfo.green.offset / 8;

Rysunek 2. Schemat działania przeglądarki plików graicznych

www.lpmagazine.org

dla programistów

podano argument (nazwę pliku) do

wyświetlenia:

picview obrazek.jpg

Rysunek 3. Koniguracja obsługi bufora ramki VESA dla jądra 2.6.x

Następnie uzyskujemy dostęp do bufora

ramki, wczytujemy plik i, to bardzo

ważny moment, staramy się dokonać

takich konwersji za pomocą API biblio-

teki DevIL , aby format obrazu był iden-

tyczny z formatem trzydziestodwubi-

towego koloru, co ułatwi nam proces

wyświetlania obrazu. Dodatkowo, jeśli

rysunek, który wczytaliśmy, jest większy

niż dostępna rozdzielczość, dokonujemy

jego przeskalowania. Gdy obraz znajdzie

się na ekranie, oczekujemy na wciśnięcie

klawisza [ Enter ] (wystarczy zastosować

funkcję getchar ).

Test, czy podano dodatkowy argu-

ment w momencie wywołania naszego

programu, sprowadza się tylko do spraw-

dzenia, czy parametr argc funkcji main

jest mniejszy bądź większy od dwóch. Po

tym teście dokonujemy inicjalizacji biblio-

teki DevIL:

chodzi, wykonuje ten fragment kodu:

(y+vinfo.yoffset) * finfo.line_length .

W pierwszej części wyznaczamy odpo-

wiednie przesunięcie w pamięci y+vin-

fo.yoffset , a następnie mnożymy tę

wielkość przez całkowitą długość linii

w bajtach finfo.line_length . W ten

sposób wiemy, w którym miejscu zaczy-

na się linia, w której chcemy umieścić

nasz punkt. Wystarczy do tej wielkości

dodać wyrażenie (x+vinfo.xoffset) *

(vinfo.bits_per_pixel/8) , aby popraw-

nie odszukać odpowiedni adres w

pamięci bufora ramki. Jak widać, w tej

części obliczeń ponownie wyznaczamy

wartość przesunięcia x+vinfo.xoffset ,

ale mnożymy to przez liczbę bajtów

vinfo.bits_per_pixel/8 (dzielimy całko-

witą liczbę bitów na jeden piksel

przez osiem) jaka przypada na jeden

piksel.

Pozostaje nam tylko wykorzy-

stać wcześniej wyznaczoną wartość

numerów składowych kolorów, aby

poprawnie postawić punkt w potrzeb-

nym kolorze. Przykładowo, dla zielo-

nej składowej koloru przedstawia się to

następująco:

ilInit();

iluInit();

*(fb_map + pos + green_idx32) = g;

Zadanie główne

– przeglądarka plików

graicznych

Nasz program ma obsługiwać wiele róż-

nych formatów graficznych, a jak już

wspomniałem, sam kod źródłowy jest

niewielki. Oznacza to, że korzysta-

my z dodatkowej biblioteki do obsłu-

gi plików graficznych o nazwie DevIL .

Zanim przystąpimy do tworzenia kodu,

warto zastanowić się, jakie czynno-

ści będzie wykonywać nasz program.

Ogólny schemat działania przeglądar-

ki prezentuje Rysunek 2. Na samym

początku programu sprawdzamy, czy

Pierwsza linia odpowiada za podstawo-

wy zbiór instrukcji, a druga uruchamia

dodatkowy zestaw funkcji, w którym

znajduje się bardzo wygodna funkcja do

przeskalowania obrazu. Nie martwimy

się o deinicjalizację, ponieważ obydwie

funkcje podłączają się do łańcucha funk-

cji wyjściowych za pomocą atexit .

Następnym elementem jest ustale-

nie początku obrazu tak, aby znajdował

się on w lewym górnym rogu. Musimy

tak postąpić, ponieważ niektóre forma-

ty, np. bmp i tga , zapamiętują obraz „do

góry nogami”. Z tego powodu za pomocą

ilEnable i parametru IL_ORIGIN_SET oraz

funkcji ilOriginFunc nakazujemy biblio-

tece DevIL , aby obraz miał swój początek

w lewym górnym rogu (co jest zgodne

z działaniem funkcji setpixel32 ; gdy

podamy współrzędne 0,0, to postawimy

punkt w lewym górnym rogu). Ważną

operacją jest także ustalenie typu filtro-

wania obrazu podczas zmiany jego roz-

miarów. Filtrem, który daje obraz wyso-

kiej jakości, jest LANCZOS. Z tego

powodu w naszej aplikacji stosujemy ten

typ filtru. Pamiętajmy jednak, że choć

daje on bardzo dobry i ostry obraz, to

działa dość wolno, więc przy skalowaniu

Listing 4. Konwersja formatu palety kolorów

if ( ilGetInteger ( IL_PALETTE_TYPE )== IL_PAL_BGR24 ) {

ilConvertPal ( IL_PAL_RGB24 );

}

if ( ilGetInteger ( IL_PALETTE_TYPE )== IL_PAL_BGRA32 ||

ilGetInteger ( IL_PALETTE_TYPE )== IL_PAL_RGB32 ||

ilGetInteger ( IL_PALETTE_TYPE )== IL_PAL_BGR32 ||

ilGetInteger ( IL_PALETTE_TYPE )== IL_PAL_BGRA32 ) {

ilConvertPal ( IL_PAL_RGBA32 );

}

lipiec 2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: