一、概述
bmp
是英文Bitmap(位图)的简写,它是Windows操作系统中的标准图像文件格式,随着windows的流行,
bmp
位图格式被广泛应用。
位图按照是否与设备相关分类可以分为:设备相关位图DDB(device-dependent bitmap)、设备无关位图DIB(device-independent bitmap)。
按照像素深度分类可以分为:
1bit
位图(2色)、
4bit
位图(16色)、
8bit
位图(256色)、
16bit
位图(65536色-高彩色)、
24bit
位图(1670万色-真彩色)、
32bit
位图(1670万色-增强型真彩色)。
二、.bmp格式文件详解
.bmp
位图文件由四个部分组成:
- 位图文件头(bitmap-file header)
- 位图信息头(bitmap-information header)
- 调色板(color table)
- 位图数据(图像数据,Data Bits 或Data Body)阵列
下面对文件结构的这几个部分进行详细的介绍。
本节举例说明的位图是100*100的4bit位图,在windows查看其属性如下:
2.1 位图文件头
Windows BMP位图文件头共14个字节,包含了文件类型标志、文件大小等信息,定义的结构体也比较,详细说明如下:
- 结构体:
typedefstructBITMAPFILEHEADER/* size: 40 */{unsignedshort bfType;// 文件的类型,该值必需是0x4D42,也就是字符'BM'。unsignedlong bfSize;// 位图文件的大小,用字节为单位unsignedshort bfReserved1;// 保留,必须设置为0unsignedshort bfReserved2;// 保留,必须设置为0unsignedlong bfOffBits;// 位图数据距离文件开头偏移量,用字节为单位} BITMAPFILEHEADER;
- 结构体字段详细说明:
2.2 位图信息头
Windows BMP位图信息头共40个字节,包含了文件类型标志、文件大小等信息,定义的结构体也比较,详细说明如下:
- 结构体
typedefstructWINBMPINFOHEADER/* size: 40 */{unsignedlong biSize;// BITMAPINFOHEADER结构所需要的字数unsignedlong biWidth;// 图像宽度,单位为像素unsignedlong biHeight;// 图像高度,单位为像素,负数,则说明图像是正向的unsignedshort biPlanes;// 为目标设备说明位面数,其值将总是被设为1unsignedshort biBitCount;// 一个像素占用的bit位,值位1、4、8、16、24、32unsignedlong biCompression;// 压缩类型unsignedlong biSizeImage;// 位图数据的大小,以字节为单位unsignedlong biXPelsPerMeter;// 水平分辨率,单位 像素/米unsignedlong biYPelsPerMeter;// 垂直分辨率,单位 像素/米unsignedlong biClrUsed;// unsignedlong biClrImportant;// } WINBMPINFOHEADER;
- 结构体字段详细说明:
2.3 调色板
调色板
是为了让一些颜色深度比较小(
1bit、4bit、8bit
)的位图可以表示颜色而设置的。
调色板
存储颜色,后面的
位图数据
存储颜色索引,这样
调色板+位图数据
就可以表示颜色了。需要注意的是,
16bit
、
24bit
、
32bit
的位图一般没有调色板,因为从
16bit
开始就直接使用位图数据表示颜色了。
调色板可以理解为一个颜色数组,数组的每个元素就是一个4字节的argb值,数组大小由位图的颜色深度决定:
1bit
位图的调色板有2个颜色(2x4=8字节)、
4bit
位图的调色板有16个颜色(16x4=64字节)、
8bit
位图的调色板有256个颜色(256x4=1024字节),整个调色板大小就是对应的颜色个数乘以4。
调色板数据大小 = 位图文件头的bfOffBits数值 - 位图文件头大小 - 位图信息头大小;
- 位图文件举例 上图红色框内的数据是
4bit
位图的调色板,总共有16个颜色:0x00000000、0x00111111、0x00222222、0x00333333、0x00444444、0x00555555、0x00666666、0x00777777、0x00888888、0x00999999、0x00aaaaaa、0x00bbbbbb、0x00cccccc、0x00dddddd、0x00eeeeee、0x00ffffff
;数据大小等于0x76-54
个字节。下面看一下1bit
的位图数据: 上图红色框内的数据1bit
的调色板,总共有2个颜色:0x00ffffff、0x00000000
,数据大小等于0x3e-54
个字节。
2.4 位图数据
位图数据分两种情况,如果带调色板,则
位图数据
存放的是
调色板的颜色索引
,如果不带调色板,则
位图数据
存放实际的
argb值
。另外,由于Windows默认的扫描的最小单位是4字节,BMP图像顺应了这个要求,要求每行的数据的长度必须是4的倍数,如果不够需要进行比特填充,填充的值有可能是乱码。
下图是
4bit
带调色板位图数据,每4个
bit
表示一个颜色索引,这里每
4bit
的值都是
f
,表示用调色板的第15个颜色来填充每个像素。另外,可以看到最下面一行有两个字节数值是
0x22
,这就是4对齐补充的第51、52字节。
三、位图的其他知识
3.1 压缩的位图
压缩的位图是指
位图数据
进行过压缩的位图,其压缩类型存储在
位图信息头
的
biCompression
字段,下面简单介绍一下是怎样压缩位图数据的。
BI_RGB
:不压缩
BI_REL8
:采用
8比特游程编码
压缩位图数据
BI_REL4
:采用
4比特游程编码
压缩位图数据
3.1.1 游程编码
游程编码,也叫行程编码,英文名称是:
Run Length Encoding
,简称
RLE
。
其编码原理是:将数据中连续出现
n
次的数据
a
,使用
na
来表示。
举例:
如果有下面一段数据,由
5个1,4个2,7个3
组成,
1111122223333333
使用游程编码表示为
514273
,51表示5个1,42表示4个2,73表示7个3
这样就把16个数字压缩成6个数字了。
3.1.2 位图游程编码
位图游程编码主要有两种:针对
4bit
位图的
BI_REL4
,针对
8bit
位图的
BI_REL8
。
位图游程编码的编码方式:
1、每两个字节组成一个信息单元;
2、如果第一个字节大于0,则表示相连的像素的个数;第二个字节表示这些像素的值(调色板的索引)。
3、如果第二个字节等于0,则第二个字节可能有三种取值:
0、1、2
3.1、第二个字节值为
0
,表示行结束
3.2、第二个字节值为
1
,表示位图结束
3.3、第二个字节值为
2
,表示像素位置增量,之后的一个信息单元(2字节)指明了下个像素相对于当前像素的增量。
举例:下图是100x100的
BI_REL4
压缩的4bit位图数据,图中红色框的两个0x64表示宽高都为
100
,第0x1e位的4个字节为0x2,表示压缩方式为
BI_REL4
。
从0x76(图中蓝色框)开始是位图数据,第一个字节是
0
,第二个字节是
2
,表示位置增量;第三个字节为
a
(十进制为 10),表示下个像素是在当前像素的10个像素之后;第四个字节0没有任意含义,可能是为了对齐。
从0x7a(图中紫色框)开始的
0x0aff
是一个信息单元,第一个字节表示0x0a(十进制为 10)的连续的像素,第二个字节表示这10个像素的值都为
f
。
接下去的一个信息单元
0xa0
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