bmp图像格式 读二进制方式

bmp图像格式 读二进制方式  

2009-07-14 10:06:15|  分类：技术积累 |  标签： |字号大中小 订阅

    近期在研究bmp图片格式。文件格式的结构体说明网上到处都是。用UltraEdit打开bmp二进制文件后，其中表示文件大小、宽高等数值的字节是从低字节到高字节排序，而字节本身又是高位到低位的两位16进制数。

    举个例子，某个bmp文件第2-5个字节是36 10 0E 00，则其表示该文件大小（字节数）为000E1036，换算为十进制为921654个字节，与操作系统显示的大小完全一致。

    指示位图数据开始的偏移位置的字节值如果是36H，则位图数据第一个字节就从36H开始。若是24位位图，一个像素3个字节，分别代表R/G/B，二进制文件中同样从低字节到高字节排序，因此54H 77H 84H表示R=84H，G=77H，B=54H。

   灰度图又称灰阶图。把白色与黑色之间按对数关系分为若干等级，称为灰度。灰度分为256阶。用灰度表示的图像称作灰度图。

　　除了常见的卫星图像、航空照片外，许多地球物理观测数据也以灰度表示。以位场图像为例，把位场表示为灰度图，需要将位场观测值灰度量化，即将场的变化范围转换成256阶的灰度范围。由于位场的动态变化范围非常大，磁场可达数万个纳特，重力场也可能在数百个重力单位内变化，所以在显示为图像前通常需要对位场观测值进行拉伸或压缩。

　　任何颜色都有红、绿、蓝三原色组成，假如原来某点的颜色为RGB(R，G，B)，那么，我们可以通过下面几种方法，将其转换为灰度：

　　1.浮点算法：Gray=R*0.3+G*0.59+B*0.11

　　2.整数方法：Gray=(R*30+G*59+B*11)/100

　　3.移位方法：Gray =(R*28+G*151+B*77)>>8;

　　4.平均值法：Gray=（R+G+B）/3;

　　5.仅取绿色：Gray=G；

　　通过上述任一种方法求得Gray后，将原来的RGB(R,G,B)中的R,G,B统一用Gray替换，形成新的颜色RGB(Gray,Gray,Gray)，用它替换原来的RGB(R,G,B)就是灰度图了。

       MATLAB中常用第二种方法。

 

对应的数据结构：

　　1：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。

　　2：BMP文件头(14字节)

　　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

　　{

　　WORDbf Type; // 位图文件的类型，必须为BM(0-1字节)

　　DWORD bfSize; // 位图文件的大小，以字节为单位(2-5字节)

　　WORD bfReserved1; // 位图文件保留字，必须为0(6-7字节)

　　WORD bfReserved2; // 位图文件保留字，必须为0(8-9字节)

　　DWORD bfOffBits; // 位图数据的起始位置，以相对于位图(10-13字节)

　　// 文件头的偏移量表示，以字节为单位

　　} BITMAPFILEHEADER;

　　3：位图信息头(40字节)

　　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(14-17字节)

　　LONG biWidth; // 位图的宽度，以像素为单位(18-21字节)

　　LONG biHeight; // 位图的高度，以像素为单位(22-25字节)

　　WORD biPlanes; // 目标设备的级别，必须为1(26-27字节)

　　WORD biBitCount;// 每个像素所需的位数，必须是1(双色),(28-29字节)

　　// 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),(30-33字节)

　　// 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(34-37字节)

　　LONG biXPelsPerMeter; // 位图水平分辨率，每米像素数(38-41字节)

　　LONG biYPelsPerMeter; // 位图垂直分辨率，每米像素数(42-45字节)

　　DWORD biClrUsed;// 位图实际使用的颜色表中的颜色数(46-49字节)

　　DWORD biClrImportant;// 位图显示过程中重要的颜色数(50-53字节)

　　} 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 {

　　BYTE rgbBlue;// 蓝色的亮度(值范围为0-255)

　　BYTE rgbGreen; // 绿色的亮度(值范围为0-255)

　　BYTE rgbRed; // 红色的亮度(值范围为0-255)

　　BYTE rgbReserved;// 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，

　　biSizeImage = ((((bi.biWidth * bi.biBitCount) + 31) & ~31) / 8) * bi.biHeight;

　　具体数据举例：

　　如某BMP文件开头：

　　4D42 4690 0000 0000 0000 4600 0000 2800 0000 8000 0000 9000 0000 0100*1000 0300 0000 0090 0000 A00F 0000 A00F 0000 0000 0000 0000 0000*00F8 0000 E007 0000 1F00 0000 0000 0000*02F1 84F1 04F1 84F1 84F1 06F2 84F1 06F2 04F2 86F2 06F2 86F2 86F2 .... ....

　　BMP文件可分为四个部分：位图文件头、位图信息头、彩色板、图像数据阵列，在上图中已用*分隔。

　　一、图像文件头

　　1）1：(这里的数字代表的是"字",即两个字节,下同)图像文件头。0x4D42=’BM’，表示是Windows支持的BMP格式。

　　2）2-3：整个文件大小。4690 0000，为00009046h=36934。

　　3）4-5：保留，必须设置为0。

　　4）6-7：从文件开始到位图数据之间的偏移量。4600 0000，为00000046h=70，上面的文件头就是35字=70字节。

　　二、位图信息头

　　5）8-9：位图图信息头长度。

　　6）10-11：位图宽度，以像素为单位。8000 0000，为00000080h=128。

　　7）12-13：位图高度，以像素为单位。9000 0000，为00000090h=144。

　　8）14：位图的位面数，该值总是1。0100，为0001h=1。

　　9）15：每个像素的位数。有1（单色），4（16色），8（256色），16（64K色，高彩色），24（16M色，真彩色），32（4096M色，增强型真彩色）。1000为0010h=16。

　　10）16-17：压缩说明：有0（不压缩），1（RLE 8，8位RLE压缩），2（RLE 4，4位RLE压缩，3（Bitfields，位域存放）。RLE简单地说是采用像素数+像素值的方式进行压缩。T408采用的是位域存放方式，用两个字节表示一个像素，位域分配为r5b6g5。图中0300 0000为00000003h=3。

　　11）18-19：用字节数表示的位图数据的大小，该数必须是4的倍数，数值上等于（≥位图宽度的最小的4的倍数）×位图高度×每个像素位数。0090 0000为00009000h=80×90×2h=36864。

　　12）20-21：用象素/米表示的水平分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h=4000。

　　13）22-23：用象素/米表示的垂直分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h=4000。

　　14）24-25：位图使用的颜色索引数。设为0的话，则说明使用所有调色板项。

　　15）26-27：对图象显示有重要影响的颜色索引的数目。如果是0，表示都重要。

　　三、彩色板

　　16）28-....(不确定)：彩色板规范。对于调色板中的每个表项，用下述方法来描述RGB的值：

　　1字节用于蓝色分量

　　1字节用于绿色分量

　　1字节用于红色分量

　　1字节用于填充符(设置为0)

　　对于24-位真彩色图像就不使用彩色板，因为位图中的RGB值就代表了每个象素的颜色。

　　如，彩色板为00F8 0000 E007 0000 1F00 0000 0000 0000，其中：

　　00FB 0000为FB00h=1111100000000000（二进制），是蓝色分量的掩码。

　　E007 0000为 07E0h=0000011111100000（二进制），是绿色分量的掩码。

　　1F00 0000为001Fh=0000000000011111（二进制），是红色分量的掩码。

　　0000 0000总设置为0。

　　将掩码跟像素值进行“与”运算再进行移位操作就可以得到各色分量值。看看掩码，就可以明白事实上在每个像素值的两个字节16位中，按从高到低取5、6、5位分别就是r、g、b分量值。取出分量值后把r、g、b值分别乘以8、4、8就可以补齐第个分量为一个字节，再把这三个字节按rgb组合，放入存储器（同样要反序），就可以转换为24位标准BMP格式了。

　　四、图像数据阵列

　　17)27(无调色板)-．．．：每两个字节表示一个像素。阵列中的第一个字节表示位图左下角的象素，而最后一个字节表示位图右上角的象素。

　　五、存储算法

　　BMP文件通常是不压缩的，所以它们通常比同一幅图像的压缩图像文件格式要大很多。例如，一个800×600的24位几乎占据1.4MB空间。因此它们通常不适合在因特网或者其它低速或者有容量限制的媒介上进行传输。 根据颜色深度的不同，图像上的一个像素可以用一个或者多个字节表示，它由n/8所确定（n是位深度，1字节包含8个数据位）。图片浏览器等基于字节的ASCII值计算像素的颜色，然后从调色板中读出相应的值。更为详细的信息请参阅上面关于位图文件的部分。 n位2n种颜色的位图近似字节数可以用下面的公式计算： BMP文件大小约等于 54+4*2的n次方+（w*h*n)/8，其中高度和宽度都是像素数。 需要注意的是上面公式中的54是位图文件的文件头，是彩色调色板的大小。另外需要注意的是这是一个近似值，对于n位的位图图像来说，尽管可能有最多2n中颜色，一个特定的图像可能并不会使用这些所有的颜色。由于彩色调色板仅仅定义了图像所用的颜色，所以实际的彩色调色板将小于。 如果想知道这些值是如何得到的，请参考上面文件格式的部分。 由于存储算法本身决定的因素，根据几个图像参数的不同计算出的大小与实际的文件大小将会有一些细小的差别。