位图格式(转载)

位图格式分析
2006-12-01 11:55

1.位图和调色板的概念

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。
彩色位图由元色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*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: 
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,接下来是我写的将24位位图保存为16进制文,是我在写程序时建立位图数组用的,如果您也有同样的需要,那么我将非常荣幸你能使用它.

void CGetbmpPixelDlg::Get24BitPixels(HBITMAP hBitmap)
{
 // a bitmap object just to get bitmap width and height
 BITMAP bmpBmp;

 // pointer to original bitmap info
 LPBITMAPINFO pbmiInfo;

 // bitmap info will hold the new 24bit bitmap info
 BITMAPINFO bmiInfo;

 // width and height of the bitmap
 DWORD dwBmpWidth = 0, dwBmpHeight = 0;

 // ———————————————————
 // get some info from the bitmap
 // ———————————————————
 ::GetObject(hBitmap, sizeof(bmpBmp),&bmpBmp);
 pbmiInfo   = (LPBITMAPINFO)&bmpBmp;

 // get width and height
 dwBmpWidth  = (DWORD)pbmiInfo->bmiHeader.biWidth;
 dwBmpWidth -= (dwBmpWidth%4);                       // width is 4 byte boundary aligned.
 dwBmpHeight = (DWORD)pbmiInfo->bmiHeader.biHeight;

 if(dwBmpHeight>480 || dwBmpWidth>640)//此处你可以删除他,我用的最大尺寸为640X480
 {
  MessageBox(“错误,图片尺寸大于640 X 480 “);
  return ;
 }
 // copy to caller width and height parms
// *lpdwWidth  = dwBmpWidth;
// *lpdwHeight = dwBmpHeight;
 // ———————————————————

 // allocate width * height * 24bits pixels
 LPBYTE lpbyPixels = new BYTE[dwBmpWidth * dwBmpHeight * 3+1];
 if (!lpbyPixels) return ;

 // get user desktop device context to get pixels from
 HDC hDC = ::GetWindowDC(NULL);

 // fill desired structure
 bmiInfo.bmiHeader.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
 bmiInfo.bmiHeader.biWidth = dwBmpWidth;
 bmiInfo.bmiHeader.biHeight = 0 – (int)dwBmpHeight;
 bmiInfo.bmiHeader.biPlanes = 1;
 bmiInfo.bmiHeader.biBitCount = 24;
 bmiInfo.bmiHeader.biCompression = BI_RGB;
 bmiInfo.bmiHeader.biSizeImage = dwBmpWidth * dwBmpHeight * 3;
 bmiInfo.bmiHeader.biXPelsPerMeter = 0;
 bmiInfo.bmiHeader.biYPelsPerMeter = 0;
 bmiInfo.bmiHeader.biClrUsed = 0;
 bmiInfo.bmiHeader.biClrImportant = 0;

 // get pixels from the original bitmap converted to 24bits
 int iRes = ::GetDIBits(hDC,hBitmap, 0, dwBmpHeight, (LPVOID)lpbyPixels, &bmiInfo, DIB_RGB_COLORS);

 // release the device context
 ::ReleaseDC(NULL,hDC);

 // if failed, cancel the operation.
 if (!iRes)
 {
  delete lpbyPixels;
  return ;
 } // if
  CFile sourceFile;
 if (!sourceFile.Open(__T(“C://bmp.txt”),CFile::modeWrite |CFile::shareExclusive | CFile::modeCreate, NULL))
  return ;
 for(DWORD i = 0;i< bmiInfo.bmiHeader.biSizeImage;i++)
 {
  CString szI;
  szI.Format(“0x%02x,”,*(lpbyPixels+i));
  sourceFile.Write(szI,5);
 }
 sourceFile.Close();
 delete lpbyPixels;

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