[转]BMP图像格式分析

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我是靠谱客的博主斯文皮皮虾，最近开发中收集的这篇文章主要介绍[转]BMP图像格式分析，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

BMP图像格式分析

BMP图像文件格式是微软公司为其Windows环境设置的标准图像格式，而且 Windows系统软件中还同时内含了一系列支持BMP图像处理的API函数，随着Windows 在世界范围内的不断普及，BMP文件格式无疑也已经成为PC机上的流行图像文件格式。它的主要特点可以概括为：文件结构与PCX文件格式类似，每个文件只能存放一幅图像；图像数据是否采用压缩方式存放，取决于文件的大小与格式，即压缩处理成为图像文件的一个选项，用户可以根据需要进行选择。其中，非压缩格式是BMP图像文件所采用的一种通用格式。但是，如果用户确定将BMP文件格式压缩处理，则Windows设计了两种压缩方式：如果图像为16色模式，则采用RLE4压缩方式，若图像为256色模式，则采用RLE8压缩方式。同时，BMP图像文件格式可以存储单色、16色、256色以及真彩色四种图像数据，，其数据的排列顺序与一般文件不同，它以图像的左下角为起点存储图像，而不是以图像的左上角为起点；而且BMP图像文件格式中还存在另外一个与众不同的特点，即其调色板数据所采用的数据结构中，红、绿、蓝三种基色数据的排列顺序也恰好与其它图像文件格式相反。总之，BMP图像文件格式拥有许多适合于Windows环境的新特色，而且随着Windows版本的不断更新，微软公司也在不断改进其BMP图像文件格式，例如：当前BMP图像文件版本中允许采用32位颜色表，而且针对32位Windows 的产生，相应的API函数也在不断地报陈出新，这些无疑都同时促成了BMP文件格式的不断风靡。但由于BMP文件格式只适合于Windows上的应用软件，而对于DOS环境中的各种应用软件则无法提供相应的支持手段，因此这无疑是阻碍BMP文件格式的流通程度超过PCX文件格式的一个重要因素。

Windows中定义了两种位图文件类型，即一般位图文件格式与设备无关位图文件格式。其中，由于设备无关位图(DIB)文件格式具有更强的灵活性与完整的图像数据、压缩方式等定义。BMP图像文件的结构可以分为如下三个部分：文件头、调色板数据以及图像数据。其中文件头的长度为固定值54个字节；调色板数据对所有不超过256色的图像模式都需要进行设置，即使是单色图像模式也不例外，但是对于真彩色图像模式，其对应的BMP文件结构中却不存在相应调色板数据的设置信息；图像数据既可以采用一定的压缩算法进行处理，也可以不必对图像数据进行压缩处理，这不仅与图像文件的大小相关，而且也与对应的图像处理软件是否支持经过压缩处理的BMP图像文件相关。以下将分别介绍BMP图像文件结构中的这三个重要组成部分。特别值得注意的是：BMP 图像文件结构设计得相当简单，这无疑有利于图像文件的处理速度，但是同时也使得 BMP图像文件格式具有一定的局限性，即一个BMP图像文件只能存储一幅图像。

BMP图像文件的文件头定义

Windows中将BMP图像文件的文件头分成两个数据结构，其中一个数据结构中包含 BMP文件的类型、大小和打印格式等信息，称为BITMAPFILEHEADERl另外一个数据结构中则包含BMP文件的尺寸定义等信息，称为BITMAPINFOHEADERl如果图像文件还需要调色板数据，则将其存放在文件头信息之后。 BITMAPFIlEHEADER数据结构在Windows．h中的定义为：

typedef struCttagBITMAPFIlEHEADER

{

WORD bftype；

DWORD bfsiZe：

WORD bfReservedl；

WORD bgReserved2：

DWORD bfoffBits：

}BITMAPFILEHEADER；

其中，bfrype在图像文件存储空间中的数据地址为0，数据类型为unsignedchar，内容为固定值“BM”，用于标志文件格式，表示该图像文件为BMP文件。

bfsize的数据地址为2，类型为unsignedlong，它以字节为单位，定义位图文件的大小。

bfReservedl与bfReserved2的数据地址分别为6和8，数据类型则都为unsignedint，二者都是BMP文件的保留字，没有任何意义，其值必须为0.

bfoffBits的数据地址为10，数据类型为unsignedlong，它以字节为单位，指示图像数据在文件内的起始地址，即图像数据针对文件头的偏移量。

BITMAPINFOHEADER数据结构用于说明位图的大小，其定义为：

type struttagBITMAPINFOHEADER

{

DWORD biSize：

DWORD biWldth；

DWORD biHeight；

WORD biPlanes：

WORD biBitCount：

DWORD biCOmpression；

DWORD biSiZelmage；

DWORD biXPelsPerMeter：

DWORD biYPelsPerMeter：

DWORD biClrUsed；

DWORD biClrlmportant；

}BITMAPINFOHEADER；

其中，biSize的数据地址为14，数据类型为unsignedlong，它以字节为单位指定数据结构BITMAPINFOHEADER所占用的存储容量，固定值为40。

biWidth与biHeight的数据地址分别为18和22，数据类型都是unsignedlong，它们分别以像素为单位，给出该BMP文件所描述位图的宽度与高度。若biHeight的取值为正数，则表明位图为bottom—up类型的DIB位图，而且位图原点为左下角。若biHeight的取值为负数，则表明位图为top—down类型的DIB位图，而且位图原点为左上角。

注意：一般位图定义中，这两个字段的取值必须为正数。

biPlanes的数据地址为26，类型为unsignedint，它代表目标设备的平面数必须为1。

biBitCount的数据地址为28，类型为utlsigned Int，它确定每个像素所需要的位数。当图像为单色时，该字段的取值为1；当图像为16色时，该字段的取值为4；当图像为256 色时，该字段的取值为8；当图像为真彩色时，该字段的取值为24。

biCompression的数据地址为30，类型为unsignedlong，它代表bottom—up类型位图的压缩类型(注意：t叩—down类型位图不能进行压缩处理)，其可能取值及其含义分别为：若该字段的取值为BI—RGB，则表示文件内的图像数据没有经过压缩处理；若该字段的取值为BI—RLE8，则表示所压缩的图像数据是256色，采用的压缩方法是RLE8；若该字段的取值为BI—RLE4，则表示所压缩的图像数据是16色，采用的压缩方法是RLE4；若该字段的取值为BI—BITFIELDS，则表明图像文件内的数据没有经过压缩处理，而且颜色表由分别表示每个像素点的红、绿、蓝三原色的双字组成。

注意：BMP文件格式在处理单色或者真彩色图像时，不论图像数据多么庞大，都不对图像数据进行任何压缩处理。

biSizelmage的数据地址为34，类型为unsignedlong7它以字节为单位，给出该BMP 内图像数据占用的空间大小。若图像文件描述BI—RGB位图，则该字段的值必须设置为0。

biXPelsPerMeter字段与biYPelsPerMeter字段的数据地址分别为38与42，类型都是 unsignedlong，它们分别以每米像素数为单位，给出位图目的设备水平以及垂直方向的分辨率；其中，应用程序可以根据biXPelsPerMeter字段的值，从源位图组中选择与当前设备特点最匹配的位图。

biCkUsed的数据地址为46，类型为unsignedlong，给出位图实际使用的颜色表中的颜色变址数。如果该字段的取值为0，则代表本位图使用了biBitCount字段值所代表的最大颜色值，其中biBitCount字段的取值与biCompression所指定的压缩方法相关。例如：如果图像为16色，而该字段的取值为10，则代表本位图共使用了12种颜色；如果该字段的取值非零，而且biBitCount字段的取值小于16，则该字段指定图像或者设备驱动器存取的实际颜色数。若biBitCount字段的取值大于或者等于16，则该字段指定使Window 系统调色板达到最优性能的颜色表大小。

biChlmportant的数据地址为50，数据类型为unsignedlong，它给出位图显示过程中重要颜色的变址数。若该字段的取值为0，则表示所有使用的颜色都是重要颜色。

调色板数据

如果位图的描述还需要调色板数据，则应该在BMP文件头之后定义一个颜色表，它包含若干个表项。其中，每一个表项定义了一种颜色，Windows将其定义为如下的 RGBQUAD结构：

typedef tagRGBQUAD

{

BYTE rgbBlue；

BYTE rgbGreen；

BYTE rgbRed；

BYTE rgbReserved；

}RGBQUAD；

注意：RGBQUAD数据结构中，增加了一个保留字段rgbReserved，它不代表任何意义，必须取固定值00同时，RGBQUAD结构定义的颜色值中，红色、绿色与蓝色的排列顺序与一般图像文件的颜色数据排列顺序恰好相反，即：蓝色的亮度由rgbBlue字段定义、绿色的亮度由rgbGreen字段定义，红色的亮度由rgbRed字段定义。若位图中某个像素点的颜色描述为“00，00，FF，00”，则表示该点的颜色为纯红色，而不是纯蓝色。

综上，在DIB位图文件组成中，紧随BITMAPFILEHEADER结构其后的数据结构为 BITMAPINFO，两者共同构成完整的位图文件。Windows将BITMAPINFO结构定义为：

tyPedef stmCt tagBITMAPINFO

{

BITMAPINFOHEADER bmiHeader：

RGBQUAD bmiC010ur[1]；

}BITMAPINFO；

其中，bmiHeader字段指向包含位图颜色格式以及大小定义的 BITMAPHEADERINFO结构。bmiCo1our[1]字段指向RGBQUAD结构数组或者定义位图颜色值的双字数据结构，它定义了BMP图像文件的颜色表，它包含多少个表项是由 BITMAPINFOHEADER数据结构中的biBitCount字段定义的：若该字段的取值为1，则颜色表中共包含两个表项；若该字段的取值为4，则颜色表中共包含16个表项；若该字段的取值为8，则颜色表中共包含256个表项；若该字段的取值为16，而且 BITMAPINFOHEADER结构定义中指定bmiColors字段的取值为BI_RGB，则颜色表中的表项为空，位图阵列中每个字代表一个像素，字中每5位上的值代表该像素点一种基色的亮度，其中最低5位代表蓝色亮度，依次为绿色与红色，字的最高位没有任何意义。若该字段的取值为24，则颜色表中的表项为空，而位图阵列的每三个字节代表一个像素，这3个字节直接定义了像素颜色中蓝、绿、红三种基色的相对亮度。若该字段的取值为32，而且BITMAPINFOHEADER结构定义中bmiC010rs字段的取值为BI—RGB，则颜色表中的表项为空，且位图阵列中的每个双字代表一个像素的三原色亮度构成。注意：颜色表中的数据应该按照重要性的帧序进行排列。另外，如果应用程序中需要使用DIB位图，则bmiColors字段可以为16位的无符号整数数组，这些整数指定当前逻辑调色板的颜色索引，而不是显式的RGB值。当然，如果位图存储在文件中或者需要传送到其它应用程序，则该字段中不能包含调色板索引值。

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