BMP图片文件详解.pdf

发布时间：2022-04-03 发布人：admin 分类：互联网资料大小：0.16M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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1．位图和调色板的概念如今 Windows（3.x 以及 95，NT）系列已经成为决大多数用户使用的操作系统。它比 DOS 成功的一个重要因素是它可视化的漂亮界面，例如你可以在桌面上铺上你喜欢的墙纸。那么 Windows 是如何显示图象的呢？这就要谈到位图（Bitmap）。我们知道，普通的显示器屏幕是由许许多多的点构成的，我们称之为象素。显示时采用扫描的方法：电子枪每次从左到右扫描一行，为每个象素着色，然后从上到下这样扫描若干行，就扫过了一屏。为了防止闪烁，每秒要重复上述过程几十次。例如我们常说的屏幕分辨率为 640*480，刷新频率为 70Hz，意思是说每行要扫描 640 个象素，一共有 480 行，每秒重复扫描屏幕 70 次。我们称这种显示器为位映象设备。所谓位映象，就是指一个二维的象素矩阵，而位图就是采用位映象方法显示和存储的图象。举个例子，下图 1 是一幅普通的黑白位图，图 2 是被放大后的图，图中每个方　　　　　　　　　那么，彩色图是怎么回事呢？我们先来说说三元色 RGB 概念。我们知道，自然界中的所有颜色都可以由红，绿，蓝（R， G，B）组合而成。有的颜色含有红色成分多一些，如深红；有的含有红色成分少一些，如淡红。针对含有红色成分的多少，可以分成 0 到 255 共 256 个等级，0 级表示不含红色成分，255 级表示含有 100%的红色成分。同样，绿色和蓝色也被分成 256 级。这种分级的概念被称作量化。这样，根据红，绿，蓝各种不同的组合我们就能表示出 256*256*256，约 1 千 6 百万种颜色。这么多颜色对于我们人眼来已经足够了。下表是常见的一些颜色的 RGB 组合值。颜色　 R 　　 G 　　 B 红　　 255 　 0 　　 0 蓝　　 0 　　 0 　　 255 绿　　 0 　　 255 　 0 黄　　 255 　 255 　 0 紫　　 255 　 0 　　 255 青　　 0 　　 255 　 255 白　　 255 　 255 　 255 黑　　 0 　　 0 　　 0 灰　　 128 　 128 　 128 你大概已经明白了，当一幅图中每个象素赋予不同的 RGB 值时，就能呈现出五彩缤纷的颜色了，这样就形成了彩色图。对，是这样的，但实际上的做法还有些差别。让我们来看看下面的例子。

有一个长宽各为 200 个象素，颜色数为 16 色的彩色图，每一个象素都用 R，G，B 三个分量表示，因为每个分量有 256 个级别，要用 8 位（ bit），即一个字节（byte）来表示，所以每个象素需要用 3 个字节。整个图象要用 200*200*3，约 120k 字节，可不是一个小数目呀！如果我们用下面的方法，就能省的多。因为是一个 16 色图，也就是说这幅图中最多只有 16 种颜色，我们可以用一个表：表中的每一行记录一种颜色的 R，G，B 值。这样当我们表示一个象素的颜色时，只需要指出该颜色是在第几行，即该颜色在表中的索引值。举个例子，如果表的第 0 行为 255，0，0（红色），那么当某个象素为色时，只需要标明 0 即可。让我们再来计算一下：16 种状态可以用 4 位（bit）表示，所以一个象素要用半个字节。整个图象要用 200*2 00*0.5，约 20k 字节，再加上表占用的字节为 3*16=48 字节.整个占用的字节数约为前面的 1/6，省很多吧。这张 RGB 的表，即是我们常说的调色板 (Palette) ，另一种叫法是颜色查找表 LUT(LookUpTable),似乎更确切一些。Windows 位图中便用到了调色板技术.其实是不光是 Windows 位图，许多图象文件格式如 pcx，tif，gif 等都用到了。所以很好地掌握调色板的概念是十分重要的. 有一种图，它的颜色数高达 256*256*256 种，也就是说包含我们上述提到的 R，G，B 颜色表示方法中所有的颜色，这种图叫做真彩色图( TrueColor)。真彩色图并不是说一幅图包含了所有的颜色，而是说它具有显示所有颜色的能力，即最多可以包含所有的颜色。表示真彩色图时，每个象素直接用 R，G，B 三个分量字节表示，而不采用调色板技术，原因很明显：如果用调色板，表示一个象素也要用 24 位，这是因为每种颜色的索引要用 24 位（因为总共有 2 的 24 次方种颜色，即调色板有 2 的 24 次方行)，和直接用 R， G，B 三个分量表示用的字节数一样，不但没有任何便宜，还要加上一个 256*256*256*3 个字节的大调色板。所以真彩色图直接用 R，G，B 三个分量表示，它又叫做 24 位色图。 2．Bmp 文件格式介绍完位图和调色板的概念，下面就让我们来看一看 Windows 的位图文件(.bmp 文件）的格式是什么样子的。 bmp 文件大体上分成四个部分，如图 3 所示。　　　图 3.Windows 位图文件结构示意图(右)

第一部分为位图文件头 BITMAPFILEHEADER，是一个结构，其定义如下： typedefstructtagBITMAPFILEHEADER{ WORD bfType; DWORD bfSize; WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; } BITMAPFILEHEADER; 这个结构的长度是固定的，为 14 个字节（WORD 为无符号 16 位整数，DWORD 为无符号 32 位整数），各个域的说明如下： bfType 指定文件类型，必须是 0x424D，即字符串"BM"，也就是说所有.bmp 文件的头两个字节都是"BM" bfSize 指定文件大小，包括这 14 个字节 bfReserved1，bfReserved2 为保留字，不用考虑 bfOffBits 为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数，即图 3 中前三个部分的长度之和。第二部分为位图信息头 BITMAPINFOHEADER，也是一个结构，其定义如下： typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize; LONG biWidth; LONG biHeight; WORD biPlanes; WORD biBitCount; DWORD biCompression; DWORD biSizeImage; LONG biXPelsPerMeter; LONG biYPelsPerMeter; DWORD biClrUsed; DWORD biClrImportant; } BITMAPINFOHEADER; 这个结构的长度是固定的，为 40 个字节（WORD 为无符号 16 位整数，DWORD 无符号 32 位整数,LONG 为 32 位整数），各个域的说明如下： biSize 指定这个结构的长度，为 40 biWidth 指定图象的宽度，单位是象素 biHeight 指定图象的高度，单位是象素 biPlanes 必须是 1，不用考虑 biBitCount 指定表示颜色时要用到的位数，常用的值为 1（黑白二色图）,4（16 色图）,8（256 色）,24

（真彩色图）（新的.bmp 格式支持 32 位色，这里就不做讨论了）。 biCompression 指定位图是否压缩，有效的值为 BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS（都是一些 Windows 定义好的常量）。要说明的是，Windows 位图可以采用 RLE4，和 RLE8 的压缩格式，但用的不多。我们今后所讨论的只有第一种不压缩的情况，即 biCompression 为 BI_RGB 的情况。 biSizeImage 指定实际的位图数据占用的字节数，其实也可以从以下的公式中计算出来： biSizeImage=biWidth'*biHeight 要注意的是：上述公式中的 biWidth'必须是 4 的整倍数（所以不是 biWidth，而是 biWidth'，表示大于或等于 biWidth 的，离 4 最近的整倍数。举个例子，如果 biWidth=240，则 biWidth'=240；如果 biWidth=241，biWidth'=244）如果 biCompression 为 BI_RGB，则该项可能为零 biXPelsPerMeter 指定目标设备的水平分辨率，单位是每米的象素个数，关于分辨率的概念，我们将在打印部分详细介绍。 biYPelsPerMeter 指定目标设备的垂直分辨率，单位同上。 biClrUsed 指定本图象实际用到的颜色数，如果该值为零，则用到的颜色数为 2 的 biBitCount 次方。 biClrImportant 指定本图象中重要的颜色数，如果该值为零，则认为所有的颜色都是重要的。第三部分为调色板(Palette)，当然，这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。有些位图，如真彩色图，前面已经讲过，是不需要调色板的，BITMAPINFOHEADER 后直接是位图数据。调色板实际上是一个数组，共有 biClrUsed 个元素（如果该值为零，则有 2 的 biBitCount 次方个元素）。数组中每个元素的类型是一个 RGBQUAD 结构，占 4 个字节，其定义如下： typedef struct tagRGBQUAD{ BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量 BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量 BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量 BYTE rgbReserved; //保留值 } RGBQUAD; 第四部分就是实际的图象数据了。对于用到调色板的位图，图象数据就是该像素颜在调色板中的索引值，对于真彩色图，图象数据就是实际的 R,G,B 值。下面就 2 色，16 色，256 色位图和真彩色位图分别介绍。对于 2 色位图，用 1 位就可以表示该像素的颜色（一般 0 表示黑，1 表示白），所以一个字节可以表示 8 个像素。对于 16 色位图，用 4 位可以表示一个像素的颜色，所以一个字节可以表示 2 个像素。对于 256 色位图，一个字节刚好可以表示 1 个像素。对于真彩色图，三个字节才能表示 1 个像素。要注意两点： 1．每一行的字节数必须是 4 的整倍数，如果不是，则需要补齐。这在前面介绍 biSizeImage 时已经提到了。

2．一般来说，.BMP 文件的数据从下到上，从左到右的。也就是说，从文件中最先读到的是图象最下面一行的左边第一个像素，然后是左边第二个像素…接下来是倒数第二行左边第一个像素，左边第二个像素…依次类推，最后得到的是最上面一行的最右一个像素。好了，终于介绍完 bmp 文件结构了，是不是觉得头有些大 -- 标题: bmp 图像文件格式说明(2) BMP 文件格式分析本来不想写这篇东西，因为介绍 BMP 文件结构的资料太多了，都有些滥了。但刚写完 BMP 的读写模块，又不想不留下点什么，所以就写了，全当是学习笔记吧。自己以后查资料时也方便一些，也许对某些初哥还会有点用^_^ 注：本文参考了林福宗老师的有关 BMP 文件格式的文章，在此声明。简介 BMP(Bitmap-File)图形文件是 Windows 采用的图形文件格式，在 Windows 环境下运行的所有图象处理软件都支持 BMP 图象文件格式。Windows 系统内部各图像绘制操作都是以 BMP 为基础的。Windows 3.0 以前的 BMP 图文件格式与显示设备有关，因此把这种 BMP 图象文件格式称为设备相关位图 DDB(device-dependent bitmap)文件格式。Windows 3.0 以后的 BMP 图象文件与显示设备无关，因此把这种 BMP 图象文件格式称为设备无关位图 DIB(device-independ en t bitmap)格式（注：Windows 3.0 以后，在系统中仍然存在 DDB 位图，象 BitBlt()这种函数就是基于 DDB 位图的，只不过如果你想将图像以 BMP 格式保存到磁盘文件中时，微软极力推荐你以 DIB 格式保存），目的是为了让 Windows 能够在任何类型的显示设备上显示所存储的图象。BMP 位图文件默认的文件扩展名是 BMP 或者 bmp（有时它也会以.DIB 或.RLE 作扩展名）。 6.1.2 文件结构

位图文件可看成由 4 个部分组成：位图文件头(bitmap-file header)、位图信息头(bitmap -information header)、彩色表(color table)和定义位图的字节阵列，它具有如下所示的形式。位图文件的组成结构名称符号位图文件头(bitmap-file header) BITMAPFILEHEADER bmfh 位图信息头(bitmap-information header) BITMAPINFOHEADER bmih 彩色表(color table) RGBQUAD aColors[] 图象数据阵列字节 BYTE aBitmapBits[] 位图文件结构可综合在表 6-01 中。表 01 位图文件结构内容摘要偏移量域的名称大小内容图象文件头 0000h 文件标识 2 bytes 两字节的内容用来识别位图的类型： ‘BM’ ： Windows 3.1x, 95, NT, … ‘BA’ ：OS/2 Bitmap Array ‘CI’ ：OS/2 Color Icon ‘CP’ ：OS/2 Color Pointer ‘IC’ ： OS/2 Icon ‘PT’ ：OS/2 Pointer 注：因为 OS/2 系统并没有被普及开，所以在编程时，你只需判断第一个标识“BM”就行。

0002h File Size 1 dword 用字节表示的整个文件的大小 0006h Reserved 1 dword 保留，必须设置为 0 000Ah Bitmap Data Offset 1 dword 从文件开始到位图数据开始之间的数据(bitmap data)之间的偏移量 000Eh Bitmap Header Size 1 dword 位图信息头(Bitmap Info Header)的长度，用来描述位图的颜色、压缩方法等。下面的长度表示： 28h - Windows 3.1x, 95, NT, … 0Ch - OS/2 1.x F0h - OS/2 2.x 注：在 Windows95、98、2000 等操作系统中，位图信息头的长度并不一定是 28h，因为微软已经制定出了新的 BMP 文件格式，其中的信息头结构变化比较大，长度加长。所以最好不要直接使用常数 28h，而是应该从具体的文件中读取这个值。这样才能确保程序的兼容性。 0012h Width 1 dword 位图的宽度，以象素为单位 0016h Height 1 dword 位图的高度，以象素为单位 001Ah Planes 1 word 位图的位面数（注：该值将总是 1）图象信息头 001Ch Bits Per Pixel 1 word 每个象素的位数 1 - 单色位图（实际上可有两种颜色，缺省情况下是黑色和白色。你可以自己定义这两种颜色） 4 - 16 色位图 8 - 256 色位图 16 - 16bit 高彩色位图

24 - 24bit 真彩色位图 32 - 32bit 增强型真彩色位图 001Eh Compression 1 dword 压缩说明： 0 - 不压缩 (使用 BI_RGB 表示) 1 - RLE 8-使用 8 位 RLE 压缩方式(用 BI_RLE8 表示) 2 - RLE 4-使用 4 位 RLE 压缩方式(用 BI_RLE4 表示) 3 - Bitfields-位域存放方式(用 BI_BITFIELDS 表示) 0022h Bitmap Data Size 1 dword 用字节数表示的位图数据的大小。该数必须是 4 的倍数 0026h HResolution 1 dword 用象素/米表示的水平分辨率 002Ah VResolution 1 dword 用象素/米表示的垂直分辨率 002Eh Colors 1 dword 位图使用的颜色数。如 8-比特/象素表示为 100h 或者 256. 0032h Important Colors 1 dword 指定重要的颜色数。当该域的值等于颜色数时（或者等于 0 时），表示所有颜色都一样重要调色板数据根据 BMP 版本的不同而不同 Palette N * 4 byte 调色板规范。对于调色板中的每个表项，这 4 个字节用下述方法来描述 RGB 的值： 1 字节用于蓝色分量 1 字节用于绿色分量 1 字节用于红色分量 1 字节用于填充符(设置为 0) 图象数据根据 BMP 版本及调色板尺寸的不同而不同 Bitmap Data xxx bytes 该域的大小取决于压缩方法及图像的尺寸和图像的位深度，它包含所有的位图数据字节，这些数据可能是彩色调色板的索引号，也可能是实际的 RGB 值，这将根据图像信息头中的位深度值来决定。构件详解

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