BMP文件详解（参考《Direct实务精选》 陆其明著）

        计算机上使用的静态图片文件有很多种格式，常见的有BMP、GIF、JPEG、PNG、PCX、TIFF等。其中，BMP（Bitmap的缩写）是一种比较简单的、在Windows上也用得最多的文件格式。
BMP文件可以用每像素1、4、8、16、24或32位来编码颜色信息，这个位数称为图像的颜色深度，它决定了图像所含的最大颜色数，如一幅1-bpp（bit per pixel，每个像素使用的位数）的图像只能有两种颜色，而一幅24-bpp的图像可以有16777216（即224）种不同的颜色。颜色的数量越多，所表现的图像内容就越生动、越逼真。
一个典型的BMP文件包含4个主要的部分：BMP文件头、BMP信息头、调色板和位图数据。如图2.17所示，一个100 x 56大小的位图，如果保存为16色的BMP文件，则它的文件数据如图2.18所示，如果保存为24位的BMP文件，则它的文件数据如图2.19所示。（注意：16、24、32位的位图均不使用调色板。）



1. BMP 文件头
BMP文件头使用一个数据结构BITMAPFILEHEADER来表示，它包含了BMP文件的类型、文件大小和位图数据的起始位置等信息。
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
{
WORD bfType; // BMP文件的类型，必须为字符“BM”
DWORD bfSize; // BMP文件的大小，以字节为单位
WORD bfReserved1; // BMP文件保留字，必须为0
WORD bfReserved2; // BMP文件保留字，必须为0
DWORD bfOffBits; // 位图数据起始位置（相对于文件开头），以字节为单位

} BITMAPFILEHEADER;

2. BMP 信息头
BMP信息头使用一个数据结构BITMAPINFOHEADER来表示，它说明了位图的尺寸、颜色深度等信息。
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER
{
DWORD biSize; // 本结构所占用的字节数
LONG biWidth; // 图像的宽度，以像素为单位
LONG biHeight; // 图像的高度，以像素为单位
WORD biPlanes; // 目标设备的平面数，必须为1
WORD biBitCount; // 表示每个像素所需的位数
DWORD biCompression; // 图像的压缩类型
DWORD biSizeImage; // 图像的大小，以字节为单位
LONG biXPelsPerMeter; // 图像水平分辨率，每米像素数
LONG biYPelsPerMeter; // 图像垂直分辨率，每米像素数
DWORD biClrUsed; // 位图实际使用的调色板中的颜色数
DWORD biClrImportant; // 位图显示过程中重要的颜色数
} BITMAPINFOHEADER;
BITMAPINFOHEADER结构中一些重要成员的说明如下：
（1）biSize
本数据结构的大小为：
biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
（2）biWidth
图像的宽度，以像素为单位。如果位图数据是压缩的，则指定解压后的图像宽度。
（3）biHeight
图像的高度，以像素为单位。如果位图数据是压缩的，则指定解压后的图像高度。如果biHeight的值是正的，说明位图数据是从下往上（Bottom-up）扫描的，即位图数据中的第一个像素对应图像最后一行左边的第一个像素，然后依次往右第二个像素、第三个像素...然后是图像的倒数第二行...直到图像的第一行。如果biHeight的值是负的，说明位图数据是从上往下（Top-down）扫描的，即位图数据依次对应图像的第一行、第二行...直到最后一行。图像的两种扫描方式如图2.20所示。


（4）biBitCount
表示每个像素所需的位数，必须是0（可能是压缩数据）、1（2色）、4（16色）、8（256色）、16（最多216种颜色）、24（224种颜色）、32（最多224种颜色，多出来的8位用作Alpha通道值或者不用）。其中，1、4、8位的都需要调色板；16位时，如果biCompression成员的值为BI_RGB，则是RGB555的格式，如果biCompression成员的值为BI_BITFIELDS，则BITMAPINFOHEADER结构后面必须跟着用于提取RGB各分量的屏蔽字（3个DWORD类型的常量），图像的具体格式可能是RGB555，也可能是RGB565；24位时，每个像素使用3个字节表示，注意字节顺序是BGR；32位时，每个像素使用4个字节表示，注意字节顺序是BGRA，其中A是不用的字节或表示Alpha通道值。
（5）biSizeImage
图像的大小，以字节为单位，一般情况下它的计算公式为biSizeImage = biWidth x biHeight x biBitCount / 8。当图像的宽度字节数不是4的整数倍时，应以4为边界对齐，比如一幅16-bpp、宽高为11 x 11的位图，它的有效图像宽为11 x 16 / 8 = 22字节，而实际存储时应该对齐为24字节（多出的2个字节填充，显示时可以忽略），如图2.21所示。相应地，存储整幅图像需要的空间应该为24 x 11 = 264字节，而不是22 x 11 = 242字节。因此，图像大小的正确计算方法应为：
long stride = (biWidth x biBitCount + 31) / 8;

biSizeImage = stride x biHeight;

（6）biCompression
位图的压缩格式可以是BI_RGB、BI_RLE8、BI_RLE4、BI_BITFIELDS、BI_JPEG、BI_PNG等。注意：如果位图数据是一种压缩格式，则这个位图一定是从下往上扫描的（从上往下扫描的位图不作压缩）。

3. 调色板
调色板用于说明位图中使用的颜色，它有若干个表项，每一个表项都用一个RGBQUAD数据结构（占用4个字节）定义一种颜色。RGBQUAD结构的定义如下：
typedef struct tagRGBQUAD {
BYTE rgbBlue; // 蓝色分量(取值范围为0~255)
BYTE rgbGreen; // 绿色分量(取值范围为0~255)
BYTE rgbRed; // 红色分量(取值范围为0~255)
BYTE rgbReserved; // 保留
} RGBQUAD;
调色板中RGBQUAD结构的个数由biBitCount的值来确定：当biBitCount等于1、4、8时，分别有2、16、256个表项；当biBitCount等于16、24、32时，表项个数为0（也就是说不使用调色板）。BMP信息头和调色板组成位图信息——另一个数据结构BTMAPINFO，定义如下：
typedef struct tagBITMAPINFO {
BITMAPINFOHEADER bmiHeader; // BMP信息头
RGBQUAD bmiColors[1]; // 调色板颜色数组

} BITMAPINFO;

4. 位图数据

位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序为：在扫描行内从左到右，而在扫描行之间从下往上（biHeight值为正数）或从上往下（biHeight值为负数）。位图的一个像素值所占的字节数由biBitCount的值确定。值得注意的是，当biBitCount等于1、4、8时，位图数据中的各像素值表示的不是真正的颜色值，而是颜色值在调色板中对应的索引值；当biBitCount等于16、24、32时，位图数据中的各像素值才直接表示这个像素的RGB分量值。

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