BMP位图结构很详细的说明和示例

  BMP位图结构很详细的说明和示例 收藏
　　转自：http://www.madio.net/tool/thread-1995-1-1.html
　　
　　一、文件格式
　　
　　Bmp文件是非常常用的位图文件，无论是游戏还是其他都被广泛使用。针对bmp文件的处理也有一堆现成的api进行调用，然而文件内部究竟怎样，如何自己来解析这样的文件呢？为
　　了消除无聊，我用了几天时间来研究了一下，同时作为学习笔记，进行记录。
　　
　　首先，整个bmp文件的内容可以分为3到4块。之所以分为3到4块而不是固定的值，是因为，对于bmp来说可能存在调色板或者一些掩码。具体稍候讨论。
　　
　　第一块是bmp的文件头用于描述整个bmp文件的情况。结构如下：
　　
　　typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
　　{
　　 WORD bfType;
　　 DWORD bfSize;
　　 WORD bfReserved1;
　　 WORD bfReserved2;
　　 DWORD bfOffBits;
　　} BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;
　　
　　这些信息相当有用，如果你想直接来解析bmp文件。第一个bfType用于表示文件类型，如果它是bmp文件，那么它这个位置的值一定是”BM”
　　也就是0x4D42。第二个bfSize表示整个文件的字节数。第三第四个 则保留，目前无意义，最后一个相当重要，表示，位图的数据信息离文件头的偏移量，以字节为单位。
　　
　　第二块是位图信息头，即BITMAPINFOHEADER，用于描述整个位图文件的情况。以下挑重要的数据进行解释
　　
　　typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
　　
　　DWORD biSize; //表示本结构的大小
　　
　　LONG biWidth; //位图的宽度
　　
　　LONG biHeight; //位图的高度
　　
　　WORD biPlanes; //永远为1 ,由于没有用过所以 没做研究 附msdn解释
　　
　　//Specifies the number of planes for the target device. This value must be set to 1.
　　
　　WORD biBitCount;//位图的位数 分为1 4 8 16 24 32 本文没对1 4 进行研究
　　
　　DWORD biCompression; //本以为压缩类型，但是却另外有作用，稍候解释
　　
　　DWORD biSizeImage; //表示位图数据区域的大小以字节为单位
　　
　　LONG biXPelsPerMeter;
　　
　　LONG biYPelsPerMeter;
　　
　　DWORD biClrUsed;
　　
　　DWORD biClrImportant;
　　
　　} BITMAPINFOHEADER, *PBITMAPINFOHEADER;
　　
　　第三块就是调色板信息或者掩码部分，如果是8位位图则存放调色板 ；16 与32位 位图则存放RGB颜色的掩码，这些掩码以DWORD大小来存放。
　　
　　最后一块就是位图的数据实体。
　　
　　以上文件信息可以在任意一篇bmp文件结构的文章中找到描述，所以本文只是稍微带过。
　　
　　
　　二、4字节对其问题
　　
　　关于数据读取。Bmp文件有个重要特性，那就是对于数据区域而言，每行的数据它必须凑满4字节，如果没有满，则用冗余的数据来补齐。这个特性直接影响到我们读取位图数据的
　　方法，因为在我们看来（x,y）的数据应该在 y*width+x这样的位置上 但是因为会有冗余信息
　　那么必须将width用width＋该行的冗余量来处理，而由于位图文件有不同的位数，所以这样的计算也不尽相同。
　　
　　下面列出计算偏移量的一般公式。
　　
　　首先将位图信息读入一个UCHAR 的buffer中 ：
　　
　　8位：
　　
　　int pitch;
　　if(width%4==0)
　　{
　　 pitch=width;
　　}
　　else
　　{
　　 pitch=width+4-width%4;
　　}
　　index=buffer[y*pitch+x]; 因为8位位图的数据区域存放的是调色板索引值，所以只需读取这个index
　　
　　16位
　　
　　int pitch=width+width%2;
　　buffer[(y*pitch+x)*2]
　　buffer[(i*pitch+j)*2＋1]
　　两个UCHAR内，存放的是(x,y)处的颜色信息
　　
　　24位
　　int pitch=width%4;
　　buffer[(y*width+x)*3+y*pitch];
　　buffer[(y*width+x)*3+y*pitch+1];
　　buffer[(y*width+x)*3+y*pitch+2];
　　
　　32位
　　由于一个象素就是4字节 所以无需补齐
　　虽然计算比较繁琐，但是这些计算是必须的，否则当你的位图每行的象素数不是4的倍数，那么y*width+x带给你的是一个扭曲的图片，当然如果你想做这样的旋转，也不错啊，至
　　少我因为一开始没有考虑（不知道这个特性）让一个每行象素少1字节的16位图片变成了扭曲的菱形。
　　
　　
　　三、有了数据分离RGB分量。
　　
　　由于我的测试代码用了GDI，所以我必须讲得到的某一个点的值分离成
　　24位模式下的RGB分离，这不是一件容易的工作。位图麻烦的地方之一就是他的格式太多，所以我们还是要分格式再讨论。
　　
　　8位
　　
　　通过第二部分提到的操作我们得到了一个index，这个值的范围是0～255 一共256个 正好是调色板的颜色数量。
　　
　　在8位bmp图片中 数据信息前256个RGBQUAD的大小开始就是调色板的信息。不过如果要组织成调色板还要一定的转换因为里面是RGBQUAD信息 r b
　　两个与调色板中的顺序是颠倒的。因为我不需要调色板设置所以我字节读取到RGBQUAD数组中，并且通过下面的表达式获取RGB值：
　　
　　UCHAR r=quad[index].rgbRed;
　　
　　UCHAR g=quad[index].rgbGreen;
　　
　　UCHAR b=quad[index].rgbBlue;
　　
　　16位
　　
　　这是最麻烦的一个。因为在处理时有555 565 两种格式的区别，而且还有所谓压缩类型的区别。
　　
　　之前的bitmapinfoheader里面提到一个biCompression
　　
　　现在我们分两种情况讨论：BI_RGB和BI_BITFIELDS
　　
　　当他等于BI_RGB时 只有555 这种格式，所以可以放心大胆的进行如下的数据分离：
　　
　　UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
　　
　　UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
　　
　　UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
　　
　　
　　希望不要被这个表达式折磨的眼花缭乱，我想既然你在看这篇文章，你就有能力阅读这样的代码，否则只能说你还没有到阅读这方面的地步，需要去学习基础的语法了。
　　
　　有一点值得提醒的是由于有较多的位操作
　　，所以在处理的时候在前一次操作的上面加上一对括号，我就曾经因为没有加而导致出现误差，另外虽然buffer中一个元素代表的是一个UCHAR 但是右移操作会自动增长为两字节
　　所以需要在进行一次与操作截取低位的1字节数据。
　　
　　现在讨论BI_BITFIELDS。
　　
　　这个模式下 既可以有555 也可以有565 。
　　
　　555 格式 xrrrrrgggggbbbbb
　　
　　565 格式 rrrrrggggggbbbbb
　　
　　显然不同的格式处理不同，所以我们要首先判断处到底属于那种格式。
　　
　　Bitmapinfoheader的biCompression为BI_BITFIELDS时，在位图数据区域前存在一个RGB掩码的描述是3个DWORD值，我们只需要读取其中的R或者G的掩码，来判断是那种格式。
　　
　　以红色掩码为例 0111110000000000的时候就是555格式 1111100000000000就是565格式。
　　
　　以下是565格式时的数据分离：
　　
　　UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
　　
　　UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<5)&0xFF)>>2)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
　　
　　UCHAR r=buffer[(i*pitch+j)*2+1]>>3;
　　
　　
　　现在我们得到了RGB各自的分量，但是还有一个新的问题，那就是由于两字节表示了3个颜色 555下每个颜色最多到0x1F
　　565格式下最大的绿色分量也就0x3F。所以我们需要一个转换 color=color*255/最大颜色数 即可
　　
　　如565下RGB(r*0xFF/0x1F,g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F)
　　
　　24位
　　
　　UCHAR b=buffer[(i*width+j)*3+realPitch];
　　
　　UCHAR g=buffer[(i*width+j)*3+1+realPitch];
　　
　　UCHAR r=buffer[(i*width+j)*3+2+realPitch];
　　
　　32位
　　
　　UCHAR b=buffer[(i*width+j)*4];
　　
　　UCHAR g=buffer[(i*width+j)*4+1];
　　
　　UCHAR r=buffer[(i*width+j)*4+2];
　　
　　
　　四、剩余的问题
　　
　　当数据取到了，颜色也分离出来了
　　，但是可能你绘出的位图是倒转的，这是因为有些位图的确是翻转的。通过bitmapinfoheader的biHeight可以判断是正常还是翻转，当biHeight>0的时候颠倒，它小于0的时候正常
　　，不过测试写到现在看到的文件都是颠倒过来的。
　　
　　
　　五、相关测试代码：
　　
　　采用MFC 目的只是实现自行解析位图文件
　　
　　void CBmpTestView::OnDraw(CDC* pDC)
　　
　　{
　　
　　CBmpTestDoc* pDoc = GetDocument();
　　
　　ASSERT_VALID(pDoc);
　　
　　
　　// TOD 在此处为本机数据添加绘制代码
　　
　　
　　if(filename==""){
　　
　　return;
　　
　　}
　　
　　FILE *fp=fopen(filename,"r");
　　
　　if(fp==NULL){
　　
　　pDC->TextOut(100,200,"no file found");
　　
　　return;
　　
　　}
　　
　　BITMAPFILEHEADER fileheader;
　　
　　BITMAPINFO info;
　　
　　
　　fread(&fileheader,sizeof(fileheader),1,fp);
　　
　　if(fileheader.bfType!=0x4D42){
　　
　　pDC->TextOut(100,200,"无位图文件请选择位图文件");
　　
　　fclose(fp);
　　
　　return ;
　　
　　}
　　
　　fread(&info.bmiHeader,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp);
　　
　　long width=info.bmiHeader.biWidth;
　　
　　long height=info.bmiHeader.biHeight;
　　
　　UCHAR *buffer=new UCHAR[info.bmiHeader.biSizeImage];
　　
　　fseek(fp,fileheader.bfOffBits,0);
　　
　　fread(buffer,info.bmiHeader.biSizeImage,1,fp);
　　
　　
　　if(info.bmiHeader.biBitCount==8){
　　
　　int pitch;
　　
　　if(width%4==0){
　　
　　pitch=width;
　　
　　}else{
　　
　　pitch=width+4-width%4;
　　
　　}
　　
　　RGBQUAD quad[256];
　　
　　fseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(RGBQUAD)*256,0);
　　
　　fread(quad,sizeof(RGBQUAD)*256,1,fp);
　　
　　if(height>0){
　　
　　//height>0 表示图片颠倒
　　
　　for(int i=0;i　　
　　for(int j=0;j　　
　　int index=buffer[i*pitch+j];
　　
　　UCHAR r=quad[index].rgbRed;
　　
　　UCHAR g=quad[index].rgbGreen;
　　
　　UCHAR b=quad[index].rgbBlue;
　　
　　pDC->SetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}else{
　　
　　for(int i=0;i<0-height;i++){
　　
　　for(int j=0;j　　
　　int index=buffer[i*pitch+j];
　　
　　UCHAR r=quad[index].rgbRed;
　　
　　UCHAR g=quad[index].rgbGreen;
　　
　　UCHAR b=quad[index].rgbBlue;
　　
　　pDC->SetPixel(j,i,RGB(r,g,b));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}else if(info.bmiHeader.biBitCount==16){
　　
　　int pitch=width+width%2;
　　
　　if(height>0){
　　
　　//height>0 表示图片颠倒
　　
　　if(info.bmiHeader.biCompression==BI_RGB){
　　
　　//该模式只有555
　　
　　for(int i=0;i　　
　　for(int j=0;j　　
　　//5 5 5 格式
　　
　　UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
　　
　　UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
　　
　　UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
　　
　　pDC->SetPixel(j,height-i,RGB((r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}else if(info.bmiHeader.biCompression==BI_BITFIELDS){
　　
　　//该模式在bitmapinfoheader之后存在RGB掩码 每个掩码1 DWORD
　　
　　fseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(DWORD )*3,0);
　　
　　DWORD rMask;
　　
　　fread(&rMask,sizeof(DWORD ),1,fp);
　　
　　if(rMask==0x7C00){
　　
　　// 5 5 5 格式
　　
　　MessageBeep(0);
　　
　　for(int i=0;i　　
　　for(int j=0;j　　
　　UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
　　
　　UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
　　
　　UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
　　
　　pDC->SetPixel(j,height-i,RGB((r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}else if(rMask==0xF800){
　　
　　//5 6 5 格式
　　
　　for(int i=0;i　　
　　for(int j=0;j　　
　　UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
　　
　　UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<5)&0xFF)>>2)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
　　
　　UCHAR r=buffer[(i*pitch+j)*2+1]>>3;
　　
　　pDC->SetPixel(j,height-i,RGB(r*0xFF/0x1F,g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}else{
　　
　　if(info.bmiHeader.biCompression==BI_RGB){
　　
　　//该模式只有555
　　
　　for(int i=0;i<0-height;i++){
　　
　　for(int j=0;j　　
　　//5 5 5 格式
　　
　　UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
　　
　　UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
　　
　　UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
　　
　　pDC->SetPixel(j,i,RGB((r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}else if(info.bmiHeader.biCompression==BI_BITFIELDS){
　　
　　//该模式在bitmapinfoheader之后存在RGB掩码 每个掩码1 DWORD
　　
　　fseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(DWORD )*3,0);
　　
　　DWORD rMask;
　　
　　fread(&rMask,sizeof(DWORD ),1,fp);
　　
　　if(rMask==0x7C00){
　　
　　// 5 5 5 格式
　　
　　MessageBeep(0);
　　
　　for(int i=0;i<0-height;i++){
　　
　　for(int j=0;j　　
　　UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
　　
　　UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
　　
　　UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
　　
　　pDC->SetPixel(j,i,RGB((r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　else if(rMask==0xF800){
　　
　　//5 6 5 格式
　　
　　for(int i=0;i<0-height;i++)
　　{
　　
　　 for(int j=0;j　　 {
　　
　　 UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
　　
　　 UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<5)&0xFF)>>2)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
　　
　　 UCHAR r=buffer[(i*pitch+j)*2+1]>>3;
　　
　　 pDC->SetPixel(j,i,RGB(r*0xFF/0x1F,g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　//pDC->TextOut(100,200,"16位图");
　　
　　}else if(info.bmiHeader.biBitCount==24){
　　
　　int pitch=width%4;
　　
　　//b g r
　　
　　if(height>0){
　　
　　//height>0 表示图片颠倒
　　
　　for(int i=0;i　　
　　int realPitch=i*pitch;
　　
　　for(int j=0;j　　
　　UCHAR b=buffer[(i*width+j)*3+realPitch];
　　
　　UCHAR g=buffer[(i*width+j)*3+1+realPitch];
　　
　　UCHAR r=buffer[(i*width+j)*3+2+realPitch];
　　
　　pDC->SetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}else{
　　
　　for(int i=0;i<0-height;i++){
　　
　　int realPitch=i*pitch;
　　
　　for(int j=0;j　　
　　UCHAR b=buffer[(i*width+j)*3+realPitch];
　　
　　UCHAR g=buffer[(i*width+j)*3+1+realPitch];
　　
　　UCHAR r=buffer[(i*width+j)*3+2+realPitch];
　　
　　pDC->SetPixel(j,i,RGB(r,g,b));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　
　　//pDC->TextOut(100,200,"24位图");
　　
　　
　　}else if(info.bmiHeader.biBitCount==32){
　　
　　// b g r a
　　
　　if(height>0){
　　
　　//height>0 表示图片颠倒
　　
　　for(int i=0;i<0-height;i++){
　　
　　for(int j=0;j　　
　　UCHAR b=buffer[(i*width+j)*4];
　　
　　UCHAR g=buffer[(i*width+j)*4+1];
　　
　　UCHAR r=buffer[(i*width+j)*4+2];
　　
　　pDC->SetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}else{
　　
　　for(int i=0;i　　
　　for(int j=0;j　　
　　UCHAR b=buffer[(i*width+j)*4];
　　
　　UCHAR g=buffer[(i*width+j)*4+1];
　　
　　UCHAR r=buffer[(i*width+j)*4+2];
　　
　　pDC->SetPixel(j,i,RGB(r,g,b));
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　//pDC->TextOut(100,200,"32位图");
　　
　　}
　　
　　delete buffer;
　　
　　fclose(fp);
　　
　　}