利用TWAIN－实现与图像输入设备的通讯

前言
随着档案馆、图书馆信息化工作的推进，对于历史档案、库存图书的电子化工作也要求越来越多。信息化工作中最重要的一步是要把传统纸质的数据实现电子化。如何电子化，当然就是通过图像输入设备(扫描仪、数码照相机…)来获得图像数据。该文主要介绍如何利用TWAIN接口来实现与扫描仪、数码照相机等设备的通讯。
 
TWAIN介绍
TWAIN工作组是一个非盈利的国际组织。它旨在提供一个统一的标准接口，通过该接口就可以实现应用程序与图像输入设备间的通讯。其实该标准目前已经成为了应用程序与图像输入设备间通讯的事实标准。
 
TWAIN的文件组成
TWAIN共包括4个二进制文件。如果要使用该接口，就必须要保证他们被成功地安装在本地计算机上。

文 件 名	说                          明
TWAIN_32.DLL	32位应用程序的支持文件，32位程序使用TWAIN通讯必须使用该文件。
TWAIN.DLL	16位应用程序的支持文件，16位程序使用TWAIN通讯必须使用该文件。
TWUNKER_32.EXE	实现32位应用程序与32位数据源进行通讯，它运行时不可见。
TWUNKER_16.EXE	实现32位应用程序与16位数据源进行通讯，它运行时不可见。 注意：在Windows NT 环境下16位数据源不能够正常工作。

 
在Windows 操作系统中(Windows 9x / 2000 /XP )，Microsoft已经把这些文件作为系统文件随同操作系统一起发布了。你可以在Windows安装目录中查找到这些文件。如果我们要编程来实现对TWAIN的访问，还需要最重要的头文件。你通过访问该http://www.twain.org/devfiles/twain.h 地址来获得TWAIN提供的头文件。
好了，现在就让我们来了解一下TWAIN的结构吧。
 
 
 
TWAIN的结构
TWAIN依靠三个组件协同完成与图像设备的通讯和数据传输工作，这三个组件就是Application、Source Manager和Source。
 

组       件	说                          明
Application	就是你要编写的应用程序。
Source Manager	是由TWAIN提供的一个Source的管理器，它不仅可以收集本地系统已经安装了的图像设备，还可以根据需要去加载设备。同时，它最重要的功能是担任Application 与Source通讯的桥梁。（其实，它就是我们前面提到的组成文件中的dll文件。）
Source	在这里可以看作是图像设备。事实上它是由设备厂家提供的一个dll文件。这个dll文件是支持twain接口的。(该文不讨论关于twain在Source中的应用。)

 
它们的层次结构图如下： 
从该图我们可以看到，Application要从Source获得图像数据，必须通过Source
Manager传递来实现。Application与Source Manager 间的通讯是靠调用TWAIN提供的DSM_Entry( )函数实现。而Application不能直接与Source 通讯，Source
Manager与Source 间的通讯是靠调用TWAIN提供的DS_Entry(
)函数实现（在这里，我们不用关心Source Manager如何去调用DS_Entry函数。）。
 
TWAIN的用户界面
当我们使用TWAIN接口去获得图像数据的时候，会涉及到一些的用户界面，首先是我们的应用程序界面，然后是Source Manager提供的用户界面以及图像设备(Source)所提供的用户界面。
这些用户界面如下：
在我们的应用程序中，可以通过“选择设备”来打开Source Manager的标准用户界面。Source Manager的界面由Source
Manager提供。在这个界面中可以让用户选择他想要使用的图像设备。选中想要的设备后，再通过“获取…”来打开图像设备（Source）提供的用户界面进行现应的操作。（注：Source提供的界面会因为你使用的图像设备不同而有差异。）
对于这些界面，TWAIN提供了非常灵活的处理方法。对于Source Manager提供的用户界面以及图像设备(Source)所提供的用户界面，我们可以选择是否显示它们，甚至我们还可以按自己的要求去改写这些用户界面。
 
TWAIN的接口函数
要编写应用程序实现与支持TWAIN标准的图像设备通讯，只需要了解上面提到的DSM_Entry()接口函数。TWAIN定义了大约140个操作消息。你只要把这些消息通过DSM_Entry()函数发给Source
Manager，就可以实现对选定的Source进行相应的操作。Source Manager会分辨那些消息属于自己，那些消息是该转发给Source。
 
在介绍DSM_Entry()前，我们先来了解一下的TWAIN定义的消息格式。TWAIN把它定义的操作称为Triplets操作，就是每个操作用三个定义的参数来表示。这个三个参数用不同前缀名来区分。每个Triplets操作都是唯一的，不会有歧意，它们代表一个特定的操作行为。这三个参数类型分别是Data
Group(前缀名DG_ )、 DataArgument(前缀名DAT_ ) 和 MessageID(前缀名MSG_ )，每个参数都包含有各自的信息。比如：DG_CONTROL/
DAT_PARENT / MSG_OPENDSM 就表示一个打开Source Manager的操作，这些参数在TWAIN.H中都有定义。其他的操作(设置扫描仪的分辨率、获得设备支持的功能等等…)你可以去查看TWAIN的参考手册，我将在后面编程应用中介绍几个最常用的操作。
 
现在，我们明白了TWAIN定义的Triplets操作，但是这还不够。在使用DSM_Entry()前，必须要加载TWAIN_32.DLL文件以获得DSM_Entry()函数指针。(注意：在你程序中应该添加前面提到的TWAIN.H头文件哦!)
DSMENTRYPROClpDSM_Entry;     //* DSM_Entry
入口函数的指针
HMODULE      hDSMDLL;       //* Twain_32.Dll句柄
     ……
//* 加载TWAIN_32.DLL
文件
if ((hDSMDLL =LoadLibrary("TWAIN_32.DLL")) != NULL)
{
    if (hDSMDLL)           //*
检查TWAIN_32.DLL是否加载
     {
          if (
(lpDSM_Entry =(DSMENTRYPROC)GetProcAddress(hDSMDLL,MAKEINTRESOURCE(1)))!=NULL)
         {
                            //*
成功获得 DSM_Entry()函数指针;
         }
     }
}
 
现在我们明白了，TWAIN所有的操作都是通过DSM_Entry()函数来实现的，所以了解该入口函数很有必要。它定义如下：
TW_UINT16 FAR PASCAL DSM_Entry
( pTW_IDENTITY pOrigin,        //*
指向操作发起者的指针
pTW_IDENTITY pDest,          //*
指向目标对象的指针
TW_UINT32 DG,                //* Triplets
操作的DG参数 : DG_xxxx
TW_UINT16 DAT,               //* Triplets
操作的DAT参数: DAT_xxxx
TW_UINT16 MSG,               //* Triplets
操作的MSG参数: MSG_xxxx
TW_MEMREF pData              //*
指向返回数据块的指针
);
    其中DG、DAT、MSG参数表示一个你想执行的Triplets操作。pOrigin表示发起Triplets操作的对象。pDest表示接收Triplets操作的对象。pData用于获得执行Triplets操作后返回的数据。
    对于每个Triplets操作，都是由DG、DAT、MSG三个参数组合构成的。pOrigin、pDest参数会根据不同的Triplets操作，而使用不同的值。
函数执行后会返回一个值来表示操作是否成功。如果返回值为TWRC_SUCCESS表示操作成功，TWRC_FAILURE表示操作失败。同样根据Triplets操作的类型不同，还会有其他的返回值。比如TWRC_CANCEL、TWCC_LOWMEMORY…，具体信息你可以参考TWAIN的说明手册。
 
TWAIN的操作流程
Application、 Source Manager 和 Source要实现数据传输，必须遵循一个操作流程。你要进行的操作应该在这个流程规定的动作队列中按逻辑去执行。比如，在没有加载Source
Manager前，Application是不能要求Source传输数据的。为了更好的去描述这个流程，TWAIN为该流程定义了7个状态(1-7)。
不要以为整个流程很复杂，只要记住这些下面这些状态位，对于理解流程和以后的编程应用都是很有用的。
 
l         状态位 1,2, 3
这几个状态是用于描述Source Manager的，它们是Source Manager专有的状态位，所以SourceManager 的标志位是不会大于3的.
l         状态位4, 5, 6, 7
这几个状态是Source专有的。如果Source打开了，Source 的标志位就不会小于4；如果Source关闭了，Source就没有了标志位。
 
要注意，我们的应用程序可以使用了多个Source，每个与Source的连接都是一个单独的会话,对于打开的每个Source，他们的标志位都是相互独立的，不互相关联。现在就来看看流程图。
流程标志位说明
状态 1 – 准备会话
在Application和SourceManager建立会话前，SourceManager的标志位是1.
在这个时候，SourceManager还没有被加载到内存中。如果SourceManager 被加载到内存中,则状态位是2或者3。
 
状态2 –加载Source Manager
Source Manager现在已经被成功地加载到了程序中，但是没有打开Source Manager。
在这个时候, Source Manager开始准备去接受Application的Triplets操作。
 
状态3 – 打开Source Manager
Source Manager已经打开并且准备去管理Source.
Source Manager现在准备向Source发送打开操作，去打开指定的Source，并等待所有针对Source的操作结束后，去关闭打开的Source.
Source Manager在会话关闭前，状态位将保持为3.
当Application打开的Source没有关闭时，Source
Manager 会拒绝关闭。
 
状态 4 – 打开Source     
在响应Application的一个指定的Triplets操作后,Source被加载到系统中，并且被Source
manager 打开。Source在加载前将检测是否有足够的系统资源让自己运行(内存、设备是否可用等等…)。 Application不仅可以查询Source的性能参数(当前解析度、是否支持彩色或黑白图像、自动文档传送是否可用), Application还可以去设置的Source的性能参数。比如
，Application可以要求Source按指定的分辨率传输黑白图像。
 
注意: 可以在Source的状态位是4, 5, 6,
或 7时，去查询Source的性能参数。但是要想设置Source的性能参数必须在状态位是4的时候设置，除非Application和Source有特殊的约定，否则在标志位为其他数的时候都不可以进行性能参数设置。
 

状态 5 – Source可用         
现在可以让Source工作了，此时Source开始为数据传输做准备。在该状态下，可以执行一个Triplets操作，用以选择是否让Source显示它自己的用户界面（Source提供的软件界面）。当Source准备好给Application传输数据时，标志位就从5变为6了。
 
状态 6 –准备数据传输
该状态下，Source已经准备好了为Application传输数据。在传输工作开始前，Application应该查询将要被传输的图像的相关信息(分辨率，图像大小…),
如果Source还要传输音频数据,
那么在传输图像数据前，Application必须要把所有的音频数据先传完。注：某些数码相机带有摄像功能，可以记录一些声音信息。
 
状态 7 –传输开始       
Source开始进行数据传输，它把获得的数据传输给你的应用程序。
传输工作要么成功完成，要么提前中止。在传输工作完成后， Source将会发送一个返回代码去表示传输工作的最终结果。
 
 
TWAIN最常用的Triplets操作
这里将对TWAIN中最常用的Triplets操作做一个简单的介绍，为了便于理解和记忆，我将结合前面讲的操作流程顺序去介绍这些常用的Triplets操作。
 
l   加载Source Manager并获得DSM_Entry入口函数 (状态1到2)
应用程序在调用DSM_Entry函数指针前必须加载Source Manager。这里没有使用Triplets操作。你可以使用LoadLibrary()函数，加载TWAIN_32.DLL文件。并使用GetProcAddress()函数，获得DSM_Entry函数指针
 
l   打开Source Manager (状态2到3)
Triplets 操作：DG_CONTROL / DAT_PARENT / MSG_OPENDSM
通过该操作，你可以打开SourceManager，并且还要在你的应用程序中，指定一个窗体作为Source的父窗口。Source
Manager 将通过该窗体，把Source的消息传递给你的应用程序。
 
l   选择Source (状态3期间)
Triplets 操作：DG_CONTROL / DAT_IDENTITY / MSG_USERSELECT
你的应用程序发送该操作后，将显示SourceManager的用户界面，它是一个对话框。这个对话框中显示了系统中所有支持Twain的设备列表。系统默认设备将高亮显示在列表框中。你可以通过该列表框选择你想要的输入设备。
 
l   打开Source (状态3到4)
Triplets 操作：DG_CONTROL / DAT_IDENTITY / MSG_OPENDS
该操作可以打开你选择的Source(图像输入设备)，同时，SourceManager会给该Source分配一个唯一的标识符。你要把打开的这个Source放在一个指定的结构中，以便于在后面和该Source进行通讯。
 
l   设置Source的性能参数 (状态4期间)
Triplets 操作：DG_CONTROL / DAT_CAPABILITY / MSG_GET
DG_CONTROL / DAT_CAPABILITY / MSG_SET
这里有两个Triplets操作，通过使用这两个操作可以去查询当前设备是否支持的某种功能，如果支持，还可以获得设备功能的当前值、默认值、以及可以重新设置的范围。你还可以根据查询的结果，按你的要求去重新设置该功能的当前值。
 
l    请求从Source获取数据 (状态4到5)
Triplets 操作：DG_CONTROL / DAT_USERINTERFACE /MSG_ENABLEDS
通过该操作，可以让Source显示它的用户界面，Source会去为数据传输作准备。
 
l   确认数据准备传输 (状态5到6)
Triplets 操作：DG_CONTROL /DAT_EVENT / MSG_PROCESSEVENT
首先要说明一下，从状态5到状态6的这个过程，不是由你的应用程序通过Triplets操作来发起的。而是当Source准备好去传输数据时，它会发出一个事件信号来实现的。你的应用程序应该要去检查这个事件信号。
如何去检查这个事件信号？我们在加载Source Manager时，就为Source指定了一个父窗口，Source会把它事件信号封装成一个Windows的消息结构发送给它的父窗口。你可以在这个窗体的消息循环中去，使用 DG_CONTROL
/DAT_EVENT / MSG_PROCESSEVENT操作，来判断Source是否有事件发生。MSG_XFERREADY就表示这个过程的状态位从5变为6了。
 
l   开始进行数据传输 (状态6到7)
Triplets 操作：DG_IMAGE / DAT_IMAGEINFO /MSG_GET  
DG_IMAGE / DAT_IMAGENATIVEXFER / MSG_GET
在开始数据传输前，可以通过 DG_IMAGE / DAT_IMAGEINFO / MSG_GET 操作，去获得将要传输的图像的相关信息，比如位图大小、宽度、长度…。
通过 DG_IMAGE/ DAT_IMAGENATIVEXFER / MSG_GET 操作，可以实现使用本地传输模式去传输数据。传输结束了，Source 将给它的父窗口一个 PM_XFERDONE 的消息。Source将在 DSM_Entry() 中返回为一个指向 DIB 位图的指针。
 
l   中止传输 (状态7到6到5)
Triplets 操作：DG_CONTROL / DAT_PENDINGXFERS / MSG_ENDXFER
在每次数据传输结束(成功、退出)后，可以发送该操作给Source，去表示应用程序已经接受完了所有的数据了。同时还可以根据它的返回值，去检查是否有其它的图像等待传送。
 
l   断开TWAIN会话 (状态5到4)
Triplets 操作：DG_CONTROL / DAT_USERINTERFACE /MSG_DISABLEDS
该操作让打开Source失效。
 
l   关闭Source (状态4到3)
Triplets 操作：DG_CONTROL / DAT_IDENTITY / MSG_CLOSEDS
该操作可以关闭指定的Source。
 
l   关闭Source Manager(状态3到2)
Triplets 操作： DG_CONTROL / DAT_PARENT/MSG_CLOSEDSM
关闭打开的Source Manager。
 
TWAIN的数据传输模式
TWAIN定义了三种模式用于Source 到Application的数据传输：本地模式、文件模式,和缓存模式。现在对每种模式进行一个简单的介绍。
注：对于音频数据的传输，只能选择本地模式或者文件模式来进行传输。
 
本地模式 
所有的输入设备都支持这种本地数据传输模式，同时它也是TWAIN默认的数据传输模式，并且它还是最容易使用的数据传输模式。但是，它有一定的局限性，它传输的数据必须是DIB 图像数据，并且在传输时，会受到系统内存大小限制。
 
传输数据的格式:  DIB (Device-Independent Bitmap)
 
使用该模式，在数据传输时Source分配一块单独的内存区域，并把图形数据写入这个内存区域内。然后它通过一个指向该内存地址的指针告诉Application，数据存放在什么地方。你的应用程序通过访问该内存区域去获得具体的图像数据。注意，Application在获得数据后要负责去释放这部分的内存。如果你的图像数据大于系统当前可用内存，会导致传输失败。
 
文件模式 
该模式是让Application 创建一个文件，这个文件用于储存传输的数据，Source将对该文件进行读写操作。Source将把要传输的数据写到该文件中，你的应用程序通过访问该文件，就可以获得传输的数据。
 
在使用本地模式传输一个大的图像文件时，如果内存不够大，可以考虑使用文件传输模式来传输。文件传输模式与缓存传输模式相比，在使用方法上要简单些，但是该模式在传输速度上比缓存模式的传输速度要慢一些，并且在数据传输完毕后，你的应用程序还必须去管理这个数据文件。
 
缓存模式  
缓存模式在整个传输过程中，将使用一个或多个内存缓存区，内存缓存区的分配和释放工作由Application来控制。在传输过程中，传输数据被当作一个未知格式的位图。Application必须使用TW_IMAGEINFO 和TW_IMAGEMEMXFER操作，去得到各个缓存区的信息并把它们正确组织为一个完整的位图。
 
如果使用 本地模式 或 文件模式 去传输数据，整个传输过程在只需要一个Triplets操作就可以完成。如果使用 缓存模式 传输数据,
你的应用程序可能需要使用多个Triplets操作，不停地去获得缓存区的数据信息。但是，该传输模式具有很好的灵活性,
可以很好的去控制获得的数据，只不过在编程应用上要麻烦一些。
 
TWAIN的应用实现
好了，看了前面的对TWAIN的介绍，现在我们就动手开始进行实际的编程吧。在这里，只进行一个最简单的应用实现。我们的应用程序不去设置设备的性能参数，不选择其它数据传输模式，仅仅使用TWAIN的默认的本地传输模式方式，去获得图像数据。
在进行实际编程应用前，我们可以先安装TWAIN提供的工具包。它不仅提供了TWAIN应用的例程，还可以在你的计算机系统上安装一个虚拟的图像输入设备(TWAIN_32Sample
Source )。这对于没有扫描仪、数码相机的开发者，提供了一个很好的测试设备。TWAIN工具包的下载地址：http://www.twain.org/devfiles/twainkit.exe 。
由于TWAIN目前提供的是基于C的编程接口，所以我们这里采用VC作为开发工具。我们可以建一个自己的TWAIN类。把一些Triplets操作封装成这个类的成员函数。以便于程序调用。记住：在你的项目中要加入TWAIN提供的头文件。
前面已经介绍了，在进行TWAIN的操作前，如何加载TWAIN_32.dll文件，获得DSM_Entry()函数指针。下面仅简单介绍一下其他的成员函数。
 
l         打开Source Manager
int CTwain::OpenSourceManager(void)
{
 TW_UINT16 rc;
. . .
// lpDSM_Entry 是指向DSM_Entry的函数指针
rc = (*lpDSM_Entry) (&AppID,NULL, 
                                          DG_CONTROL,DAT_PARENT,MSG_OPENDSM,
                        (TW_MEMREF)& (*hPWnd)) ;  // hPWnd
是指定为Source的父窗口的句柄
          switch (rc)    //
检查打开Source Manager是否成功
          {
          case TWRC_SUCCESS:   //  成功
                    . ..
          case TWRC_CANCEL:
              . . .
          }
    . . .
}
l         打开Source
int CTwain::OpenSource(void)
{
         TW_UINT16rc;
         rc =(*lpDSM_Entry) (&AppID,NULL,
                                                     DG_CONTROL,DAT_IDENTITY,MSG_OPENDS,
                       (TW_MEMREF)&SourceID);  // SourceID
是要求打开Source
  switch (rc)    //
检查打开Source Manager是否成功
         {
         case TWRC_SUCCESS: //  成功
     . . .
          }
     . . .
}
l         处理Source的事件
int CTwain::DealSourceMsg(MSG *pMSG)
{
         TW_UINT16  rc    =TWRC_NOTDSEVENT;
         TW_EVENT  twEvent;
         twEvent.pEvent= (TW_MEMREF) pMSG;
    rc =(*lpDSM_Entry) (&AppID,&SourceID,
                                    DG_CONTROL,DAT_EVENT,MSG_PROCESSEVENT,
                       (TW_MEMREF)&twEvent);
         switch (twEvent.TWMessage)
         {
         case MSG_XFERREADY:  //
Source准备好传输数据了 iStatus=6
                  iStatus=6;
                   GetBmpInfo();
                  DoNativeTransfer();
         case MSG_CLOSEDSREQ: // 关闭 Source 用户界面的申请
         case MSG_CLOSEDSOK: 
         case MSG_NULL:
         }  
 . . .
}
l         使用本地模式传输数据
int CTwain::DoNativeTransfer(void)
{
         TW_UINT32  hBitMap =NULL;  // 指向图像数据地址
         TW_UINT16  rc;
     HANDLE     hbm_acq =NULL;
     rc= (*lpDSM_Entry)(&AppID,&SourceID,
                        DG_IMAGE,DAT_IMAGENATIVEXFER,MSG_GET,
                        (TW_MEMREF)&hBitMap);
         switch (rc)
         {
         case TWRC_XFERDONE:      // 数据传输完成
                  hbm_acq =(HBITMAP)hBitMap;
          // 把图像数据地址通过消息发送给应用程序
// 应用程序通过就可以通过 hbm_acq 来处理图像数据
                  SendMessage(*hPWnd,PM_XFERDONE, (WPARAM)hbm_acq, 0);
                   iStatus =7;
break;
      case TWRC_CANCEL:
          case TWRC_FAILURE:
          }
     . . .
}
l         应用程序处理图像数据
LRESULT CTwainAppView::WindowProc(UINTmessage, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    if (message==PM_XFERDONE)   // 收到 PM_XFERDONE 消息
{
            HBITMAP hBmp=FixUp(HANDLE(wParam));  // 图像转换处理
        Bitmap*pBm=0;                           // GDI+的Bitmap对象
            pBmp=pBm->FromHBITMAP(hBmp,hDibPal);
            Invalidate();
            . . .
     }
         return CView::WindowProc(message,wParam, lParam);
}
l         在应用程序的视图窗口上绘图
void CTwainAppView::OnDraw(CDC* pDC)
{
. . .
// 使用 GDI+ 在视图上 绘图
Graphics   myGraphics( pDC->m_hDC ) ;
myGraphics.DrawImage ( pBmp , 0,0,
pBmp->GetWidth(),pBmp->GetHeight() );
    . . .
}
 
 
上面的这些代码，只是整个应用程序中的一部分。通过这些代码，你可以对TWAIN的编程应用有一个最基本的了解。如果要进一步实现TWAIN的应用，可参考TWAIN提供的例程。
结束语
目前TWAIN只支持Windows和 Mac 操作系统，下一版本将支持Unix
/Linux和64位的Windows操作系统。我们平常使用的软件，有很多都支持TWAIN的应用。比如我们很熟悉的Photoshop 、ACDSee等软件，Windows98
/ 2000 附件中的“图像”软件甚至还提供了它们封装的TWAIN控件(Kodark Image)。
该文对于TWAIN只做了很简单的介绍，主要是起个了解的作用。TWAIN还有很多的高级应用没有涉及到，比如如何设置设备的性能参数、如何使用不同的数据传输模式、如何获得图像的布局，如何传输压缩的图像数据、如何更改SourceManager的用户界面等等。这里所谈到的一切，还只是基于Application级的TWAIN应用。你还可以做基于Source级的应用，让你生产的输入设备，支持TWAIN。
你可以访问TWAIN的官方网站www.twain.org ，来获得最新最全面的信息和资料。最后，如果该文能对你在TWAIN应用中有所帮助，或者让你对TWAIN有所了解。那么我的目的就达到了