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。

 

一、BMP文件结构  
   
  BMP文件组成  
  BMP文件由文件头、位图信息头、颜色信息和图形数据四部分组成。    
  BMP文件头  
  BMP文件头数据结构含有BMP文件的类型、文件大小和位图起始位置等信息。    
  其结构定义如下:  
  typedef   struct   tagBITMAPFILEHEADER  
  {  
  WORDbfType;   //   位图文件的类型，必须为BM  
  DWORD   bfSize;   //   位图文件的大小，以字节为单位    
  WORDbfReserved1;   //   位图文件保留字，必须为0  
  WORDbfReserved2;   //   位图文件保留字，必须为0  
  DWORD   bfOffBits;   //   位图数据的起始位置，以相对于位图  
  //   文件头的偏移量表示，以字节为单位  
  }   BITMAPFILEHEADER;  
   
   
  3.   位图信息头  
   
   
  BMP位图信息头数据用于说明位图的尺寸等信息。  
  typedef   struct   tagBITMAPINFOHEADER{  
  DWORD   biSize;   //   本结构所占用字节数  
  LONGbiWidth;   //   位图的宽度，以像素为单位  
  LONGbiHeight;   //   位图的高度，以像素为单位  
  WORD   biPlanes;   //   目标设备的级别，必须为1  
  WORD   biBitCount//   每个像素所需的位数，必须是1(双色),  
  //   4(16色)，8(256色)或24(真彩色)之一  
  DWORD   biCompression;   //   位图压缩类型，必须是   0(不压缩),  
  //   1(BI_RLE8压缩类型)或2(BI_RLE4压缩类型)之一  
  DWORD   biSizeImage;   //   位图的大小，以字节为单位  
  LONGbiXPelsPerMeter;   //   位图水平分辨率，每米像素数  
  LONGbiYPelsPerMeter;   //   位图垂直分辨率，每米像素数  
  DWORD   biClrUsed;//   位图实际使用的颜色表中的颜色数  
  DWORD   biClrImportant;//   位图显示过程中重要的颜色数  
  }   BITMAPINFOHEADER;  
   
   
  4.   颜色表  
   
  　　颜色表用于说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是一个RGBQUAD类型的结构，定义一种颜色。RGBQUAD结构的定义如下:  
  typedef   struct   tagRGBQUAD   {  
  BYTErgbBlue;//   蓝色的亮度(值范围为0-255)  
  BYTErgbGreen;   //   绿色的亮度(值范围为0-255)  
  BYTErgbRed;   //   红色的亮度(值范围为0-255)  
  BYTErgbReserved;//   保留，必须为0  
  }   RGBQUAD;  
  颜色表中RGBQUAD结构数据的个数有biBitCount来确定:  
  当biBitCount=1,4,8时，分别有2,16,256个表项;  
  当biBitCount=24时，没有颜色表项。  
  位图信息头和颜色表组成位图信息，BITMAPINFO结构定义如下:  
  typedef   struct   tagBITMAPINFO   {  
  BITMAPINFOHEADER   bmiHeader;   //   位图信息头  
  RGBQUAD   bmiColors[1];   //   颜色表  
  }   BITMAPINFO;  
   
   
  5.   位图数据  
  　　位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序是在扫描行内是从左到右,扫描行之间是从下到上。位图的一个像素值所占的字节数:  
  当biBitCount=1时，8个像素占1个字节;  
  当biBitCount=4时，2个像素占1个字节;  
  当biBitCount=8时，1个像素占1个字节;  
  当biBitCount=24时,1个像素占3个字节;  
  Windows规定一个扫描行所占的字节数必须是  
  4的倍数(即以long为单位),不足的以0填充，  
  一个扫描行所占的字节数计算方法:  
  DataSizePerLine=   (biWidth*   biBitCount+31)/8;    
  //   一个扫描行所占的字节数  
  DataSizePerLine=   DataSizePerLine/4*4;   //   字节数必须是4的倍数  
  位图数据的大小(不压缩情况下):  
  DataSize=   DataSizePerLine*   biHeight;