逻辑调色板和系统调色板

先来用通俗的语句讲解位图和调色板的概念。

我们知道，自然界中的所有颜色都可以由红、绿、蓝(R，G，B)三基色组合而成。针对含有红、绿、蓝色成分的多少，可以对其分别分成0～255个等级，而红、绿、蓝的不同组合共有256×256×256种，因此约能表示1600万种颜色(16m色)。对于人眼而言，这已经是"真彩色"了。这就是24位图或其以上的位图比如32,,34之类的,,,这种位图的图像数据中的每个像素都用了三个字节来描述记录它.

什么是图像数据?接下来会谈到一个位图文件结构,它包括文件头(用来说明文件),文件信息头(位图属性),,图像数据(位图主体数据所在)

对每个像素进行了（R，G，B）量化的图像就是位图，其在计算机中对应文件的扩展名一般为.bmp。既然用R，G，B的量化值就可以直接记录一张位图的所有像素，那我们需要调色板干什么呢？

首先，我们可以计算完全利用（R，G，B）组合来存储一个800×600的位图所需要的空间为：

800×600×3 = 1440000（字节）＝ 1.37M（字节）

3是记录每个像素RGB值所用的字节数,这里说的是24位图,RGB值就用来描述一个像素,,位图是由像素组成的,,因此用一张位图大小乘它的像素数就可以直接描述一张位图

惊人的大！因此，调色板横空出世了，它的功能在于缓解位图文件存储空间(显存或系统内存)过大的问题。

在win os中存在三种调色板,,硬件调色板,逻辑调色板,系统调色板,,winos用"调色板管理器"机制来管理调色板,,调色板存在于一个位图文件中，一个窗体的DC中，，或OS中，，硬件调色板就是显卡适配器所能实际表达的颜色深度,,逻辑调色板就是winos通过调色板管理机制为每个窗体应用程序DC分配的调色板(系统调色板只有一个，而逻辑调色板可以有多个,,它的本质就是一块内存中的区域用于描述当前应用使用到的调色板,我们都知道调色板是一个结构),,所以逻辑调色板的用途在于模拟硬件调色板,,以使windows作为一个os可以为界面显示,图像显示等应用提供它们各自专用的活动的调色板,,当逻辑调色板色深小于或大小硬件调色板时，，winos通过调色板管理机制自动让二者谐和,,系统调色板就是winos当前正在使用到的调色板,逻辑调色板可以通过调色板管理机制转变为当前系统调色板,,,但是不管winos的调色板管理机制如何，，最终的调色板都要靠硬件调色板来实现

假设一个位图为16色，16色就是上面谈到的可以表示多少种颜色,计算一下,2的4次方=16,因此它是4位图,我们只需要在图像数据中用4个bit就可以存储这个位图的每个像素在16种颜色中所处的等级，接下来会谈到调色板索引所占的空间字节数,,因为它只是一个索引,所占的空间会比图像数据RGB结构小很多,,,再设其像素总数为800×600(位图大小)。然后调色板提供了这16种等级对应的（R，G，B）值，这样，存这个16色位图只需要：

800×600×4/8(0.5个字节) = 240000（字节）= 0.22 M（字节）   注意：16色图查询它在调色板中的RGB组合所用的索引需要占用4个BIT,,这是为什么？下面解释一下:

4位2进制数可以表示16种情况，8位BIT可以表示现实中我们使用的十进制的0~255种情况,,

额外的存储R，G，B表的开销（即调色板Palette，也称为颜色查找表LUT）仅仅为16×3＝48字节。

存储空间被大为减少！

常见的位图有单色(实际是1位图,,2的一次方为2,,因此它是2色图，，黑白色)、16色（实际是4位图,,2的4次方16,,因此它能表示16种颜色）、256色(实际是8位图,,这种位图的每个像素都用8位刚好一个字节来表示，2的8次方为256,因此它能表示256种颜色也即256种RGB的组合也即这种位图的色深)、16位（2的16次方=65536）及24位(2的24次方=1677万种颜色和256级灰度值

色深差不了很多,所以效果其实与16位图不相差几多)真彩色5种，对于前三者（即不大于256色）都可以调色板方式进行存储，而对16位及24位真彩色以调色板进行存储是不划算的，它们直接按照R，G，B分量进行存储。

在此基础上我们来分析DDB位图（Device-dependent bitmap，与设备相关的位图）与DIB位图（Device-independent bitmap，与设备无关的位图）的概念以及二者的区别。

DDB依赖于具体设备，它只能存在于内存中（视频内存或系统内存），其颜色模式必须与特定的输出设备相一致，使用系统调色板。一般只能载入色彩较简单的DDB位图，对于颜色较丰富的位图，需使用DIB才能长期保存。

DIB不依赖于具体设备，可以用来永久性地保存图象。DIB一般是以*.BMP文件的形式保存在磁盘中的，有时也会保存在*.DIB文件中。 DIB位图的特点是将颜色信息储存在位图文件自身的颜色表中，应用程序要根据此颜色表为DIB创建逻辑调色板。因此，在输出一幅DIB位图之前，程序应该将其逻辑调色板选入到相关的设备上下文并实现到系统调色板中。

下面再介绍一下位图及位图文件的读写操作以及具体的对其的编程工作

        

一、位图文件结构

        

位图文件由三部分组成：文件头 + 位图信息 + 位图像素数据

        

1、位图文件头。位图文件头主要用于识别位图文件。以下是位图文件头结构的定义：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { // bmfh

WORD bfType;

DWORD bfSize;

WORD bfReserved1;

WORD bfReserved2;

DWORD bfOffBits;

} BITMAPFILEHEADER;

        

其中的bfType值应该是“BM”（0x4d42），标志该文件是位图文件。bfSize的值是位图文件的大小。

        

2、位图信息中所记录的值用于分配内存，设置调色板信息，读取像素值等。

        

以下是位图信息结构的定义：

typedef struct tagBITMAPINFO {

BITMAPINFOHEADER bmiHeader;

RGBQUAD          bmiColors[1];

} BITMAPINFO;

        

可见位图信息也是由两部分组成的：位图信息头 + 颜色表

2.1位图信息头。位图信息头包含了单个像素所用字节数以及描述颜色的格式，此外还包括位图的宽度、高度、目标设备的位平面数、图像的压缩格式。以下是位图信息头结构的定义：

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ // bmih

DWORD   biSize;

LONG biWidth;

LONG biHeight;

WORD biPlanes;

WORD biBitCount

DWORD   biCompression;

DWORD   biSizeImage;

LONG biXPelsPerMeter;

LONG biYPelsPerMeter;

DWORD   biClrUsed;

DWORD   biClrImportant;

} BITMAPINFOHEADER;

        

下表是对结构体当中各个成员的说明：

              

结构成员

              

               biSize结构BITMAPINFOHEADER的字节数，即sizeof(BITMAPINFOHEADER)*

               biWidth

               以像素为单位的图像宽度*

               biHeight

               以像素为单位的图像长度*

               biplanes

               目标设备的位平面数

               biBitCount

               每个像素的位数*（1）

               biCompression

               图像的压缩格式（这个值几乎总是为0）

               biSizeImage

               以字节为单位的图像数据的大小（对BI_RGB压缩方式而言）

               biXPelsPermeter

               水平方向上的每米的像素个数

               biYpelsPerMeter

               垂直方向上的每米的像素个数

               biClrused

               调色板中实际使用的颜色数（2）

               biClrImportant

               现实位图时必须的颜色数（3）

         说明：*是需要加以注意的部分，(*的使用是一个行业规定)因为它们是我们在进行位图操作时经常参考的变量

         （1）对于每个像素的字节数，分别有一下意义：

         0，用在JPEG格式中

         1，单色图，调色板中含有两种颜色，也就是我们通常说的黑白图片

         4，16色图

         8，256色图，通常说的灰度图

         16，64K图，一般没有调色板，图像数据中每两个字节表示一个像素，5个或6个位表示一个RGB分量

         24，16M真彩色图，一般没有调色板，图像数据中每3个字节表示一个像素，每个字节表示一个RGB分量

         32，4G真彩色，一般没有调色板，每4个字节表示一个像素，相对24位真彩图而言，加入了一个透明度，即RGBA模式

         （2）这个值通常为0，表示使用biBitCount确定的全部颜色，例外是使用的颜色树木小于制定的颜色深度的颜色数目的最大值。

         （3）这个值通常为0，表示所有的颜色都是必需的

        

2.2颜色表。颜色表一般是针对16位以下的图像而设置的，对于16位和16位以上的图像，由于其位图像素数据中直接对对应像素的RGB(A)颜色进行描述，因而省却了调色板。而对于16位一下的图像，由于其位图像素数据中记录的只是调色板索引值，因而需要根据这个索引到调色板去取得相应的RGB(A)颜色。颜色表的作用就是创建调色板。

        

颜色表是由颜色表项组成的，颜色表项结构的定义如下：

typedef struct tagRGBQUAD { // rgbq

BYTE rgbBlue;

BYTE rgbGreen;

BYTE rgbRed;

BYTE rgbReserved;

} RGBQUAD;

        

其中需要注意的问题是，RGBQUAD结构中的颜色顺序是BGR，而不是平常的RGB。

        

3、位图数据。最后，在位图文件头、位图信息头、位图颜色表之后，便是位图的主体部分：位图数据。根据不同的位图，位图数据所占据的字节数也是不同的，比如，对于8位位图，每个字节代表了一个像素，对于16位位图，每两个字节代表了一个像素，对于24位位图，每三个字节代表了一个像素，对于32位位图，每四个字节代表了一个像素。

        

二、位图文件读写操作

        

认识了位图文件的结构以后，对特定位图文件进行读写操作就显得简单了。本文附带的源代码中包含了一个能够方便进行位图读写操作的C++类。以下给出该类的使用参考，对于实现代码中的关键部分做出了讲解。

         1、类的声明

class CFG_DIB : public CObject   一个dib类,,封装了与dib描述与操作有关的所有东东(结构，，函数,变量)

{

public:

//默认构造函数

CFG_DIB();

//构造函数,根据图象宽和高,以及记录每个象素所需字节数来初始化

CFG_DIB(int width, int height, int nBitCounts);

virtual ~CFG_DIB(); //析构函数

public:

HBITMAP m_hBitmap; //注意位图文件文件头与位图信息文件头是不一样的,,这里定义了一个指向位图的指针

LPBYTE m_lpDIBits; //DIB位的起始位置

LPBITMAPINFOHEADER m_lpBMPHdr; //BITMAPINFOHEADER信息

LPVOID m_lpvColorTable; //颜色表信息

HPALETTE m_hPalette; //条调色板

private:

DWORD m_dwImageSize; //非BITMAPINFOHEADER或BITMAPFILEHEADER的位

int m_nColorEntries; //颜色表项的个数

//显示参数

public:

CPoint m_Dest; //目的矩形域的左上角坐标

CSize m_DestSize; //显示矩形的宽度和高度

CPoint m_Src; //原矩形左下角坐标

CSize m_SrcSize; //原矩形宽度和高度

public:

void InitDestroy(); //初始化变量

void ComputePaletteSize(int nBitCounts); //计算调色板大小

void ComputeImage(); //计算图象大小

//从BMP文件中读入DIB信息

BOOL ReadFile(CFile* pFile);

//从BMP文件中读入DIB信息,与ReadFile不同的是使用CreateSection创建位图位

BOOL ReadSection(CFile* pFile, CDC* pDC = NULL);

//将DIB写入文件，保存成BMP图片格式

BOOL WriteFile(CFile* pFile);

//创建新的位图文件，根据参数width,height,nBitCounts分配内存空间

BOOL NewFile(int width, int height, int nBitCounts);

//关闭位图文件

BOOL CloseFile();

//显示位图

BOOL Display(CDC* pDC);

HBITMAP CreateBitmap(CDC* pDC); //用DIB创建DDB

HBITMAP CreateSection(CDC* pDC = NULL); //创建位图位数据，即象素数据

//如果DIB没有颜色表，可以用逻辑调色板

BOOL SetLogPalette(CDC* pDC);

//如果DIB有颜色表，可以创建系统调色板 //一个位图文件可以有颜色表也可以没有

BOOL SetWinPalette();

//把DIB对象的逻辑调色板选进设备环境里，然后实现调色板

UINT UseLogPalette(CDC* pDC);

//得到BitmapInfoHeader的大小，包含颜色表数据

int GetHeaderSize()

{

return sizeof(BITMAPINFOHEADER) + sizeof(RGBQUAD) * m_nColorEntries;

}

//得到图像的高度

int GetHeight()

{

if(m_lpBMPHdr == NULL) return 0;

return m_lpBMPHdr->biHeight;

}

//得到图像的宽度

int GetWidth()

{

if(m_lpBMPHdr == NULL) return 0;

return m_lpBMPHdr->biWidth;

}

//得到图像的大小

int GetImageSize()

{

return m_dwImageSize;

}

long GetLineBit(); //得到一行的象素数

};

        

2、位图的读取。

        

CFG_DIB提供了两个从位图文件读取位图数据的方法：ReadFile和ReadSection，二者不同之处，前者使用动态分配内存的方法初始化存储位位图数据的指针，后者则使用API函数，根据位图信息初始化存储位图数据的指针。

        

方法1 m_lpDIBits = (LPBYTE) new char[m_dwImageSize];

        

方法2 m_hBitmap = ::CreateDIBSection(pDC->GetSafeHdc(), (LPBITMAPINFO) m_lpBMPHdr, DIB_RGB_COLORS,

(LPVOID*) &m_lpDIBits, NULL, 0);

        

3、位图读取过程中的调色板的创建和调用。

        

关于调色板的详细情况，本文不作详细介绍，只是对读取位图的过程中需要调用的对调色板进行操作的相关函数进行说明。

读取文件的过程中，计算出调色板大小，然后调用创建调色板函数：

ComputePaletteSize(m_lpBMPHdr->biBitCount);

SetWinPalette();

        

在显示位图之前，设置调色板：if(m_hPalette != NULL) {

    ::SelectPalette(pDC->GetSafeHdc(), m_hPalette, TRUE);

}

        

4、位图的显示。

        

位图的显示还是调用Windows的API函数来进行，需要传递的参数包括当前位图信息头，位图数据等： ::StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(), m_Dest.x, m_Dest.y,

                            m_DestSize.cx, m_DestSize.cy,

                            m_Src.x, m_Src.y,

                            m_SrcSize.cx, m_SrcSize.cy,

                            m_lpDIBits, (LPBITMAPINFO) m_lpBMPHdr,

                            DIB_RGB_COLORS, SRCCOPY);

        

其中的m_Dest，m_DestSize，m_Src，m_SrcSize分别代表了图像在当前设备上显示的左上角坐标和范围以及需要显示的源图像的左下角坐标和范围。此处需要说明的是，位图数据的字节数组是从图像的最下面一行开始逐行想上存储的，所以用户在选取源位图的现实范围的时候需要特别注意！

        

m_Dest，m_DestSize，m_Src，m_SrcSize需要在现实之前设置好。

        

5、位图的存储。位图的存储用WriteFile实现。

        

6、新位图的创建。新位图的创建由NewFile实现。需要的参数是位图的宽度、高度、以及位图像素占用的位数。

        

7、其它问题。存取位图数据的字节数组有个问题需要引起开发人员的注意：字节数组中每个扫描行的字节数必需是4的倍数，如果不足要用0补齐。

        

以下是处理的办法：DWORD dwBytes = ((DWORD) m_lpBMPHdr->biWidth * m_lpBMPHdr->biBitCount) / 32;

if(((DWORD) m_lpBMPHdr->biWidth * m_lpBMPHdr->biBitCount) % 32) {

    dwBytes++;

}

dwBytes *= 4;

m_dwImageSize = dwBytes * m_lpBMPHdr->biHeight;

        

这段代码按照要求算出了用于记录图像数据的字节数组的大小。

        

三、CFG_DIB的使用

        

以下是CFG_DIB的使用示例代码。

#include "fg_dib.h"

CFG_DIB m_fgdib;

//new file

m_fgdib.NewFile(width, height, nbitnum);

//open file

CFile* pf;

pf = new CFile;

pf->Open(sFileName, Cfile::modeRead);

m_fgdib.ReadFile(pf);

pf->Close();

delete pf;

//draw BMP

m_fgdib.m_Dest.x = 0;

m_fgdib.m_Dest.y = 0;

m_fgdib.m_DestSize.cx = m_fgdib.GetWidth();

m_fgdib.m_DestSize.cy = m_fgdib.GetHeight();

m_fgdib.m_Src.x = 0;

m_fgdib.m_Src.y = 0;

m_fgdib.m_SrcSize.cx = m_fgdib.GetWidth();

m_fgdib.m_SrcSize.cy = m_fgdib.GetHeight();

CDC* pDC = GetDC();

m_fgdib.Display(pDC);

//close BMP

m_fgdib.CloseFile();