BMP格式

更新时间:2024-08-27 18:41

BMP格式是Windows操作系统中的标准图像文件格式,能够被多种Windows应用程序所支持。这种格式的特点是包含的图像信息较丰富,几乎不进行压缩,但由此导致了占用磁盘空间过大。

格式分析

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像处理软件都支持BMP图像文件格式。Windows系统内部各图像绘制操作都是以BMP为基础的。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)。

位图文件由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(位图数据,即图像数据,Data Bits 或Data Body)阵列。

图像文件头

图像信息头

调色板数据

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)

图像数据

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。

结构定义

位图文件头

位图文件头包含有关于文件类型、文件大小、存放位置等信息,在Windows 3.0以上版本的位图文件中用BITMAPFILEHEADER结构来定义:

其中:

bfType:文件的类型.(该值必需是0x4D42,也就是字符'BM'。我们不需要判断OS/2的位图标识,这么做看来似乎已经没有什么意义了,而且如果要支持OS/2的位图,程序将变得很繁琐。所以,在此只建议你检察'BM'标识)

注意:查ascii表'B': 0x42,'M': 0x4d, bfType为两个字节,'B'为low字节,'M'为high字节, 所以bfType=0x4D42,而不是0x424D,但注意这里采用了小端模式,详见大小端模式

bfSize:文件的大小,用字节为单位

bfReserved1:保留,必须设置为0

bfReserved2:保留,必须设置为0

bfOffBits:说明从文件头开始到实际的图像数据之间的字节的偏移量。这个参数是非常有用的,因为位图信息头和调色板的长度会根据不同情况而变化,所以你可以用这个偏移值迅速的从文件中读取到位数据。

位图信息

位图信息用BITMAPINFO结构来定义,它由位图信息头(bitmap-information header)和彩色表(color table)组成,前者用BITMAPINFOHEADER结构定义,后者用RGBQUAD结构定义。BITMAPINFO结构具有如下形式:

其中:

bmiHeader:BITMAPINFOHEADER结构,其中包含了有关位图的尺寸及位格式等信息

bmiColors:彩色表RGBQUAD结构的阵列,其中包含索引图像的真实RGB值。

BITMAPINFOHEADER结构包含有位图文件的大小、压缩类型和颜色格式,其结构定义为:

其中:

biSize:BITMAPINFOHEADER结构所需要的字数。注:这个值并不一定是BITMAPINFOHEADER结构的尺寸,它也可能是sizeof(BITMAPV4HEADER)的值,或是sizeof(BITMAPV5HEADER)的值。这要根据该位图文件的格式版本来决定,不过,就现在的情况来看,绝大多数的BMP图像都是BITMAPINFOHEADER结构的(可能是后两者太新的缘故吧)。

biWidth:图像的宽度,以像素为单位

biHeight:图像的高度,以像素为单位。注:这个值除了用于描述图像的高度之外,它还有另一个用处,就是指明该图像是倒向的位图,还是正向的位图。如果该值是一个正数,说明图像是倒向的,如果该值是一个负数,则说明图像是正向的。大多数的BMP文件都是倒向的位图,也就是时,高度值是一个正数。(注:当高度值是一个负数时(正向图像),图像将不能被压缩(也就是说biCompression成员将不能是BI_RLE8或BI_RLE4)。

biPlanes:为目标设备说明位面数,其值将总是被设为1

biBitCount:比特数/像素,其值为1、4、8、16、24、或32

biBitCount=1 表示位图最多有两种颜色,缺省情况下是黑色和白色,你也可以自己定义这两种颜色。图像信息头装调色板中将有两个调色板项,称为索引0和索引1。图像数据阵列中的每一位表示一个像素。如果一个位是0,显示时就使用索引0的RGB值,如果位是1,则使用索引1的RGB值。

biBitCount=4 表示位图最多有16种颜色。每个像素用4位表示,并用这4位作为彩色表的表项来查找该像素的颜色。例如,如果位图中的第一个字节为0x1F,它表示有两个像素,第一像素的颜色就在彩色表的第2表项中查找,而第二个像素的颜色就在彩色表的第16表项中查找。此时,调色板中缺省情况下会有16个RGB项。对应于索引0到索引15。

biBitCount=8 表示位图最多有256种颜色。每个像素用8位表示,并用这8位作为彩色表的表项来查找该像素的颜色。例如,如果位图中的第一个字节为0x1F,这个像素的颜色就在彩色表的第32表项中查找。此时,缺省情况下,调色板中会有256个RGB项,对应于索引0到索引255。

biBitCount=16 表示位图最多有65536种颜色。每个色素用16位(2个字节)表示。这种格式叫作高彩色,或叫增强型16位色,或64K色。它的情况比较复杂,当biCompression成员的值是BI_RGB时,它没有调色板。16位中,最低的5位表示蓝色分量,中间的5位表示绿色分量,高的5位表示红色分量,一共占用了15位,最高的一位保留,设为0。这种格式也被称作555 16位位图。如果biCompression成员的值是BI_BITFIELDS,那么情况就复杂了,首先是原来调色板的位置被三个DWORD变量占据,称为红、绿、蓝掩码。分别用于描述红、绿、蓝分量在16位中所占的位置。在Windows 95(或98)中,系统可接受两种格式的位域:555和565,在555格式下,红、绿、蓝的掩码分别是:0x7C00、0x03E0、0x001F,而在565格式下,它们则分别为:0xF800、0x07E0、0x001F。你在读取一个像素之后,可以分别用掩码“与”上像素值,从而提取出想要的颜色分量(当然还要再经过适当的左右移操作)。在NT系统中,则没有格式限制,只不过要求掩码之间不能有重叠。(注:这种格式的图像使用起来是比较麻烦的,不过因为它的显示效果接近于真彩,而图像数据又比真彩图像小的多,所以,它更多的被用于游戏软件)。

biBitCount=24 表示位图最多有1670万种颜色。这种位图没有调色板(bmiColors成员尺寸为0),在位数组中,每3个字节代表一个像素,分别对应于颜色R、G、B。

biBitCount=32 表示位图最多有4294967296(2的32次方)种颜色。这种位图的结构与16位位图结构非常类似,当biCompression成员的值是BI_RGB时,它也没有调色板,32位中有24位用于存放RGB值,顺序是:最高位—保留,红8位、绿8位、蓝8位。这种格式也被成为888 32位图。如果 biCompression成员的值是BI_BITFIELDS时,原来调色板的位置将被三个DWORD变量占据,成为红、绿、蓝掩码,分别用于描述红、绿、蓝分量在32位中所占的位置。在Windows 95/Windows 98中,系统只接受888格式,也就是说三个掩码的值将只能是:0xFF0000、0xFF00、0xFF。而在NT系统中,你只要注意使掩码之间不产生重叠就行。(注:这种图像格式比较规整,因为它是DWORD对齐的,所以在内存中进行图像处理时可进行汇编级的代码优化(简单))。

biCompression:图像数据压缩的类型。其值可以是下述值之一:

BI_RGB:没有压缩;

BI_RLE8:每个像素8比特的RLE压缩编码,压缩格式由2字节组成(重复像素计数和颜色索引);

BI_RLE4:每个像素4比特的RLE压缩编码,压缩格式由2字节组成

BI_BITFIELDS:每个像素的比特由指定的掩码决定。

biSizeImage:图像的大小,以字节为单位。当用BI_RGB格式时,可设置为0

biXPelsPerMeter:水平分辨率,用像素/米表示

biYPelsPerMeter:垂直分辨率,用像素/米表示

biClrUsed:位图实际使用的彩色表中的颜色索引数(设为0的话,则说明使用所有调色板项)

biClrImportant:对图像显示有重要影响的颜色索引的数目,如果是0,表示都重要。

彩色表定位

应用程序可使用存储在biSize成员中的信息来查找在BITMAPINFO结构中的彩色表,如下所示:

pColor = ((LPSTR) pBitmapInfo + (WORD) (pBitmapInfo->bmiHeader.biSize))

简介

如今Windows(3.x以及95,98,NT)系列已经成为绝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。那么Windows是如何显示图像的呢?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点构成的,我们称之为像素。显示时采用扫描的方法:电子枪每次从左到右扫描一行,为每个像素着色,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个像素,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像设备。所谓位映像,就是指一个二维的像素矩阵,而位图就是采用位映像方法显示和存储的图像。举个例子,图1.1是一幅普通的黑白位图,图1.2是被放大后的图,图中每个方格代表了一个像素。我们可以看到:整个骷髅就是由这样一些黑点和白点组成的。

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,如浅红。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。这种分级概念称为量化。

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1600万种颜色。这么多颜色对于我们人眼来说已经足够丰富了。

表1.1 常见颜色的RGB组合值

你大概已经明白了,当一幅图中每个像素赋予不同的RGB值时,能呈现出五彩缤纷的颜色了,这样就形成了彩色图。的确是这样的,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个像素,颜色数为16色的彩色图,每一个像素都用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,所以每个像素需要用3个字节。整个图像要用200×200×3,约120k字节,这可不是一个小数目,但是我们用下面的方法,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像素的颜色时,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),那么当某个像素为红色时,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,所以一个像素要用半个字节。整个图像要用200×200×0.5,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R、G、B的表,就是我们常说的调色板(Palette),另一种叫法是颜色查找表LUT(Look Up Table),似乎更确切一些。Windows位图中便用到了调色板技术。其实不光是Windows位图,许多图像文件格式如pcx、tif、gif等都用到了。所以很好地掌握调色板的概念是十分有用的。

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(true color)。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,每个像素直接用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,表示一个像素也要用24位,这是因为每种颜色的索引要用24位(因为总共有2种颜色,即调色板有2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。

颜色阵列

编辑 播报

有关RGB三色空间我想大家都很熟悉,这里我想说的是在Windows下,RGB颜色阵列存储的格式其实BGR。也就是说,对于24位的RGB位图像素数据格式是:

对于32位的RGB位图像素数据格式是:

透明通道也称Alpha通道,该值是该像素点的透明属性,取值在0(全透明)到255(不透明)之间。对于24位的图像来说,因为没有Alpha通道,故整个图像都不透明。

加载文件

加载文件的目的是要得到图片属性,以及RGB数据,然后可以将其绘制在DC上(GDI),或是生成纹理对象(3D:OpenGL/Direct3D)。这两种用途在数据处理上有点区别,我们主要按前一种用法讲,在和3D有不同的地方,我们再提出来。

加载代码

位图信息

这里我们得到了3个重要的图形属性:宽,高,以及每个像素颜色所占用的位数。

行对齐

由于Windows在进行行扫描的时候最小的单位为4个字节,所以当

图片宽 X 每个像素的字节数 != 4的整数倍

时要在每行的后面补上缺少的字节,以0填充(一般来说当图像宽度为2的幂时不需要对齐)。位图文件里的数据在写入的时候已经进行了行对齐,也就是说加载的时候不需要再做行对齐。但是这样一来图片数据的长度就不是:宽 X 高 X 每个像素的字节数了,我们需要通过下面的方法计算正确的数据长度:

图片数据

对于24位和32位的位图文件,位图数据的偏移量为sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER),也就是说我们可以直接读取图像数据了。

如果你足够细心,就会发现内存m_pImageData里的数据的确是BGR格式,可以用个纯蓝色或者是纯红色的图片测试一下。

绘制

好了,数据和属性我们都有了,就可以拿来随便用了,就和吃馒头一样,爱粘白糖粘白糖,爱粘红糖粘红糖。下面是我的GDI绘制代码,仅作参考。

不同之处

如果你是想用刚才我们得到的数据生成纹理对象,那么你还要请出下面的问题。

首先,用来生成纹理的数据不需要对齐,也就是说不能在每行的后面加上对齐的字节。当然在OpenGL里要求纹理图片的尺寸为2的幂,所以这个问题实际上不存在;

其次,我们得到的图形数据格式是BGR(BGRA),所以在生成纹理的时候,需指定格式为GL_BGR_EXT(GL_BGRA_EXT);否则需要做BGR-RGB(BGRA-RGBA)的转化。

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