Windows位图（Bitmap）和调色板（Palette）

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1．位图和调色板的概念

　　如今Windows（3.x以及95，NT）系列已经成为决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，例如你可以在桌面上铺上你喜欢的墙纸。那么Windows是如何显示图象的呢？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。举个例子，下图1是一幅普通的黑白位图，图2是被放大后的图，图中每个方格代表了一个象素，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 25
　　绿 0 255 0
　　黄 255 255 0
　　紫 255 0 255
　　青 0 255 255
　　白 255 255 255
　　黑 0 0 0

　　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(LookUp Table),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。

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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，如图3所示。
　　

图3.Windows位图文件结构示意图(右)

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位图第一部分

第一部分为位图文件头BITMAPFILEHEADER，是一个结构，其定义如下:

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{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。

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位图第二部分

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40biWidth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色图),24(真彩色图),新的.bmp格式支持32位图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BI_RGB。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指定本图像实际用到的颜色数，如果该值为0，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。

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位图第三部分

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;

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位图第四部分

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。

    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。    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。    256色位图；一个字节刚好可以表示1个像素。    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，是不是觉得头有些大？别着急，对照着下面的程序，你就会很清楚了.

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3．显示一个bmp文件的C程序

下面的函数LoadBmpFile，其功能是从一个.bmp文件中读取数据（包括BITMAPINFOHEADER，调色板和实际图象数据）将其存储在一个全局内存句柄hImgData中，这个hImgData将在以后的图象处理程序中用到。同时填写一个类型为HBITMAP的全局变量hBitmap和一个类型为HPALETTE的全局变量hPalette。这两个变量将在处理WM_PAINT消息时用到，用来显示出位图。该函数的两个参数分别是用来显示位图的窗口句柄，和.bmp文件名（全路径），当函数成功时，返回TRUE，否则返回FALSE.

BITMAPFILEHEADER bf;BITMAPINFOHEADER bi;BOOL LoadBmpFile(HWND hWnd,char* BmpFileName){    HFILE hf;                //文件句柄    LPBITMAPINFOHEADER lpImgData; //指向BITMAPINFOHEADER结构的指针    LOGPALETTE *pPal;       //指向逻辑调色板结构的指针    LPRGBQUAD lpRGB;        //指向RGBQUAD结构的指针    HPALETTE hPrevPalette;  //用来保存设备中原来的调色板    HDC hDc;                //设备句柄    HLOCAL hPal;            //存储调色板的局部内存句柄    DWORD LineBytes;        //每一行的字节数    DWORD ImgSize;          //实际的图象数据占用的字节数    DWORD NumColors;        //实际用到的颜色数，即调色板数组中的颜色个数    DWORD i;    if((hf=_lopen(BmpFileName,OF_READ))==HFILE_ERROR)    {         MessageBox (hWnd,"Filec:\\test.bmpnotfound!","ErrorMessage",         MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);         return FALSE;              //打开文件错误，返回    }　　//将BITMAPFILEHEADER结构从文件中读出，填写到bf中　　_lread(hf,(LPSTR)&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER));　　//将BITMAPINFOHEADER结构从文件中读出，填写到bi中　　_lread(hf,(LPSTR)&bi,sizeof(BITMAPINFOHEADER));　　　　//LineBytes为每一行的字节数　　LineBytes=(DWORD)WIDTHBYTES(bi.biWidth*bi.biBitCount);　　//ImgSize为实际的图象数据占用的字节数　　ImgSize=(DWORD)LineBytes*bi.biHeight;　　//NumColors为实际用到的颜色数，即调色板数组中的颜色个数　　if(bi.biClrUsed!=0)　　  NumColors=(DWORD)bi.biClrUsed;//如果bi.biClrUsed不为零，就是本图象实际用到的颜色数    else        //否则，用到的颜色数为2的biBitCount次方。    {          switch(bi.biBitCount){          case1:NumColors=2;break;          case4:NumColors=16;break;          case8:NumColors=256;break;          case24:            {                NumColors=0;        //对于真彩色图，没用到调色板                break;            }          default://不处理其它的颜色数，认为出错          {MessageBox(hWnd,"Invalidcolornumbers!","ErrorMessage", MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);                                                                 _lclose(hf);        return FALSE;           //关闭文件，返回FALSE          }    }　　if(bf.bfOffBits!=(DWORD)(NumColors*sizeof(RGBQUAD)+sizeof(BITMAPFILEHEADER)　　+sizeof(BITMAPINFOHEADER)))　　{            //计算出的偏移量与实际偏移量不符，一定是颜色数出错            MessageBox(hWnd,"Invalidcolornumbers!","ErrorMessage",            MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);            _lclose(hf);            return FALSE;//关闭文件，返回FALSE　　}    　　bf.bfSize=sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NumColors*sizeof(RGBQUAD)+ImageSize;　　//分配内存，大小为BITMAPINFOHEADER结构长度+调色板+实际位图数据　　if((hImgData=GlobalAlloc(GHND,(DWORD)(sizeof(BITMAPINFOHEADER)+　　NumColors*sizeof(RGBQUAD)+ImgSize)))==NULL)　　{          //分配内存错误          MessageBox(hWnd,"Errorallocmemory!","ErrorMessage",          MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);          _lclose(hf);          return FALSE;//关闭文件，返回FALSE　　}　　//指针lpImgData指向该内存区　　lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData);　　//文件指针重新定位到BITMAPINFOHEADER开始处　　_llseek(hf,sizeof(BITMAPFILEHEADER),SEEK_SET);　　//将文件内容读入lpImgData　　_hread(hf,(char*)lpImgData,(long)sizeof(BITMAPINFOHEADER)　　+(long)NumColors*sizeof(RGBQUAD)+ImgSize);　　_lclose(hf);//关闭文件　　if(NumColors!=0) //NumColors不为零，说明用到了调色板　　{          //为逻辑调色板分配局部内存，大小为逻辑调色板结构长度加NumColors个PALETTENTRY大小          hPal=LocalAlloc(LHND,sizeof(LOGPALETTE)+NumColors*sizeof(PALETTEENTRY));          //指针pPal指向该内存区          pPal=(LOGPALETTE*)LocalLock(hPal);          //填写逻辑调色板结构的头          pPal->palNumEntries=NumColors;          pPal->palVersion=0x300;          //lpRGB指向的是调色板开始的位置          lpRGB=(LPRGBQUAD)((LPSTR)lpImgData+(DWORD)sizeof(BITMAPINFOHEADER));          //填写每一项          for(i=0;i　　          {              pPal->palPalEntry[i].peRed=lpRGB->rgbRed;              pPal->palPalEntry[i].peGreen=lpRGB->rgbGreen;              pPal->palPalEntry[i].peBlue=lpRGB->rgbBlue;              pPal->palPalEntry[i].peFlags=(BYTE)0;              lpRGB++;//指针移到下一项          }　　//产生逻辑调色板，hPalette是一个全局变量　　hPalette=CreatePalette(pPal);　　//释放局部内存　　LocalUnlock(hPal);　　LocalFree(hPal);　}　　//获得设备上下文句柄　　hDc=GetDC(hWnd);　　if(hPalette)//如果刚才产生了逻辑调色板　　{          //将新的逻辑调色板选入DC，将旧的逻辑调色板句柄保存在hPrevPalette          hPrevPalette=SelectPalette(hDc,hPalette,FALSE);          RealizePalette(hDc);　　}　　//产生位图句柄　　hBitmap=CreateDIBitmap(hDc，（LPBITMAPINFOHEADER)lpImgData,(LONG)CBM_INIT,　　(LPSTR)lpImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NumColors*sizeof(RGBQUAD),　　(LPBITMAPINFO)lpImgData,DIB_RGB_COLORS);　　//将原来的调色板（如果有的话）选入设备上下文句柄　　if(hPalette&&hPrevPalette)　　{          SelectPalette(hDc,hPrevPalette,FALSE);          RealizePalette(hDc);　　}　　ReleaseDC(hWnd,hDc); //释放设备上下文　　GlobalUnlock(hImgData); //解锁内存区　　Return TRUE; //成功返回}

上面的程序中，要说明的有两点：
第一，对于需要调色板的图，要想正确的显示，必须根据.bmp文件，产生逻辑调色板。产生的方法是:

1.为逻辑调色板指针分配内存，大小为逻辑调色板结构(LOGPALETTE)长度加NumColors个PALETTENTRY大小.（调色板的每一项都是一个PALETTEENTRY结构）2.填写逻辑调色板结构的头pPal->palNumEntries=NumColors;pPal->palVersion=0x300;3.从文件中读取调色板的RGB值，填写到每一项中。  4，产生逻辑调色板：hPalette=CreatePalette(pPal)

第二，产生位图（BITMAP）句柄，该项工作由函数CreateDIBitmap来完成

hBitmap=CreateDIBitmap(hDc,LPBITMAPINFOHEADER)lpImgData,(LONG)CBM_INIT,(LPSTR)lpImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NumColors*sizeof(RGBQUAD), (LPBITMAPINFO)lpImgData,DIB_RGB_COLORS);

CreateDIBitmap的作用是产生一个和Windows设备无关的位图。
该函数的参数：
第一项参数为设备上下文句柄，如果位图用到了调色板，要在调用CreateDIBitmap之前将逻辑调色板选入该设备上下文中，产生hBitmap后，再把原调色板选入该设备上下文中，并释放该上下文；
第二项为指向BITMAPINFOHEADER的指针；
第三项就用常量CBM_INI，不用考虑；
第四项为指向调色板的指针；
第五项为指向BITMAPINFO（包括BITMAPINFOHEADER,调色板,及实际的图象数据）的指针；
第六项就用常量DIB_RGB_COLORS，不用考虑。

　　上面提到了设备上下文，相信编过Windows程序的读者对它并不陌生，这里再简单的介绍一下。Windows操作系统统一管理着诸如显示，打印等操作，将它们看作是一个个的设备，每一个设备都有一个复杂的数据结构来维护。所谓设备上下文就是指这个数据结构。然而，我们不能直接和这些设备上下文打交道，只能通过引用标识它的句柄（实际上是一个整数），让Windows去做相应的处理。产生的逻辑调色板句柄hPalette和位图句柄hBitmap要在处理WM_PAINT消息时使用，这样才能在屏幕上显示出来，处理过程如下面的程序。

　StaticHDC hDC,hMemDC;　　PAINTSTRUCT ps;　　case WM_PAINT:　　{          hDC=BeginPaint(hwnd,&ps);//获得屏幕设备上下文          if(hBitmap)//hBitmap一开始是NULL，当不为NULL时表示有图　　  {              hMemDC=CreateCompatibleDC(hDC);//建立一个内存设备上下文              if(hPalette)//有调色板            {                      //将调色板选入屏幕设备上下文                      SelectPalette(hDC,hPalette,FALSE);                      //将调色板选入内存设备上下文                      SelectPalette(hMemDC,hpalette,FALSE);                      RealizePalette(hDC);            }              //将位图选入内存设备上下文              SelectObject(hMemDC,hBitmap);              //显示位图              BitBlt(hDC,0,0,bi.biWidth,bi.biHeight,hMemDC,0,0,SRCCOPY);              //释放内存设备上下文              DeleteDC(hMemDC);　　}　　//释放屏幕设备上下文　　EndPaint(hwnd,&ps);　　break;　　}

　
　　在上面的程序中，我们调用CreateCompatibleDC创建一个内存设备上下文。SelectObject函数将于设备无关的位图选入内存设备上下文中。然后我们调用BitBlt函数在内存设备上下文和屏幕设备上下文中进行位拷贝。由于所有操作都是在内存中进行，所以是最快的。

BitBlt函数的参数分别为：

  1.目标设备上下文，在上面的程序里，为屏幕设备上下文，如果改成打印设备上下文，就不是显示位图，而是打印；  2.目标矩形左上角点x坐标；  3.目标矩形左上角点y坐标，在上面的程序中，2和3为（0，0），表示显示在窗口的左上角；  4.目标矩形的宽度；  5.目标矩形的高度；  6.源设备上下文，在上面的程序里，为内存设备上下文；  7.源矩形左上角点x坐标；  8.源矩形左上角点y坐标；  9.操作方式，在这里为SRCCOPY，表示直接将源矩形拷贝到目标矩形。还可以是反色，擦除，做"与"运算等操作，具体细节见VC++帮助。你可以试着改改第2，3，4，5，7，8，9项参数，就能体会到它们的含义了。

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终于讲完了。是不是觉得有点枯燥？这一讲是有点儿枯燥，特别是当你对Windows的编程并不很清楚时，就更觉得如此。不过，当一幅漂亮的bmp图显示在屏幕上时，你还是会兴奋的大叫”Yeah”，至少当年我是这样。最后，再介绍一个命令行编译的窍门。为什么要用命令行编译呢？主要有两个好处：
　　第一，不用进入IDE（集成开发环境），节省了时间，而且编译速度也比较快。
　　第二，对于简单的程序，不用生成项目文件.mdp或.mak，直接就能生成.exe文件，这一
　　点，在下面的例子中可以看到。
　　在安装VisualC++完毕时，在bin目录下会产生一个VCVARS32.BAT文件，它的作用是在命
　　令行编译时设置正确的环境变量，如存放头文件的INCLUDE目录，存放库文件的LIB目录
　　等，如果你没找到这个批处理文件，可以参考下面的例子，自己做一个批处理。
　　@echo off
　　set MSDevDir=d:\MSDEV
　　set VcOsDir=WIN95
　　set PATH=”%MSDevDir%\BIN”;”%MSDevDir%\BIN\%VcOsDir%”;”%PATH%”
　　set INCLUDE=%MSDevDir%\INCLUDE;%MSDevDir%\MFC\INCLUDE;%INCLUDE%
　　set LIB=%MSDevDir%\LIB;%MSDevDir%\MFC\LIB;%LIB%
　　set VcOsDir=
　　只要把上面的”d:\MSDEV”改成你自己的VC目录就可以了。在DOSPROMPT下执行该批处理文
　　件，执行set命令，你就能看到新设置的环境变量了。如下所示:
　　PATH=D:\MSDEV\BIN;D:\MSDEV\BIN\WIN95;C:\WIN95;C:\WIN95\COMMAND;C:\WIN95\SYST
　　EM;
　　INCLUDE=d:\msdev\INCLUDE;d:\msdev\MFC\INCLUDE;
　　LIB=d:\msdev\LIB;d:\msdev\MFC\LIB;
　　现在我们就可以进行命令行编译了。（当然，你也可以使用IDE，先new一个project，然
　　后把.c和.rc文件插入到project中，编译运行。）
　　首先编译资源文件，输入rc bmp.rc，将生成bmp.res文件，接着输入cl bmp.c bmp.res
　　user32.lib gdi32.lib，就生成bmp.exe了。可以看到，我们并没有用到项目文件，所
　　以，对于这种简单的程序来说，使用命令行编译还是非常方便的。好了，运行bmp.exe，
　　欣赏一下你今天的劳动成果。
　　注意事项：
　　命令行编译过程如下:
　　vcvars32
　　rc bmp.rc
　　cl bmp.c bmp.res user32.lib gdi32.lib

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