BMP文件格式初步学习

来源：互联网发布：最好的中文编程语言编辑：程序博客网时间：2024/05/05 05:49

以下文字大多来自网上的文章，我按照自己的理解记录并且摘抄了部分写在这里。

BMP文件格式相对jpeg，png，gif要简单一些。

跟elf文件类似，文件头，信息头，偏移量等，也有自己的魔数。

打开windows的画图工具，可以保存4种

每种模式存储单一像素需要的大小为1bit，4bit，8bit，24bit，即1/8字节，1/2字节，1字节，3字节。

比如256色位图，表示共有256种像素，正好需要1字节来存储一个像素。

位图文件可以看做由4部分组成：

1.位图文件头(BitMap File Header)//主要是文件类型，文件大小的定义

2.位图信息头(BitMap Info Header)//主要是位图的属性，宽高，每像素占用bit数，是否压缩等等。

3.颜色表(Color Table)//24位位图没有

4.位图数据区。

文件大小=sizeof(BitMapFileHeader)+sizeof(BitMapInfoHeader)+sizeof(Color Table)+位图数据大小。

我们先逐个看下这4部分具体有什么，例子随后给出.

1.位图文件头：14个字节

起始字节所占字节数具体内容标示12文件类型（“BM”）bfType34文件大小bfSize74保留bfReserved114位图数据开始的字节位置bfOffBits

备注：

有的地方保留字认为是两个，每个占用2个字节。反正是保留字，区别不大，均设为0.

2.位图信息头：40个字节

起始字节所占字节数具体内容标示154位图信息头的长度(40)biSize194位图的宽度biWidth234位图的高度biHeight272位图的位面数(=1)biPlanes292每个像素所占的位数(1,4,8,24等)biBitCount314位图压缩类型biCompression354图像的大小（以字节为单位，必须为4的倍数）biSizeImage394位图水平分辨率（像素/米）biXPelsPerMeter434位图垂直分辨率（像素/米）biYPelsPerMeter474位图实际使用的颜色数（=0使用所有颜色）biClrUsed514指定重要的颜色数（=0，都很重要）biClrImportant

备注：

1.有些变量位面数，压缩方式，重要颜色数这些一般不用关心，设为默认即可。

2.biSize是本结构所占字节数，实际上该结构占用40个字节，但Windows每次还是需要您亲自添上

3.biSizeImage表示图像大小（即位图数据的大小），并不能简单的这么计算：

biSizeImage = biWidth*biHeight*biBitCount/8;//error!!

实际需要这么计算，因为

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。

　一个扫描行所占的字节数计算方法:
　　DataSizePerLine= (biWidth* biBitCount+31)/8; // 一个扫描行所占的字节数
　　DataSizePerLine= DataSizePerLine/4*4; // 字节数必须是4的倍数
　　位图数据的大小(不压缩情况下):
　　biSizeImage = DataSize= DataSizePerLine* biHeight;

因此进一步修改前面的公式：

文件大小=sizeof(BitMapFileHeader)+sizeof(BitMapInfoHeader)+sizeof(Color Table)+DataSizePerLine* biHeight；

3.颜色表

介绍颜色表前，先介绍一个表示当前像素的结构体：

struct RGBQuad

{

unsigned char rgbBlue;//蓝色的亮度(值范围0~255)

unsigned char rgbGreen;//绿色的亮度(值范围0~255)

unsigned char rgbRed;//红色的亮度(值范围0~255)

unsigned char rgbReserved;//保留

};

备注：

这里的定义是bgr，不是rgb，跟rgb正好相反。

颜色表就是一个该结构体的数组，数组大小为2^biBitCount,因此颜色表总长度为2^biBitCount*4个字节。

具体的对不同位数的bmp：

biBitCount颜色表项数说明12像素值为0时，使用第一项颜色，为1时使用第二项颜色416若点阵位图数据中某个字节为OX1F，则该字节代表2个象素。第一个象素用第2项颜色，第二个象素用第16项8256点阵位图中每一个字节表示一个象素。240无颜色表。位图数据中三个字节表示一个象素的红、绿、蓝值

4.位图数据

这里的文件位置也可以通过BitMapFileHeader直接seek过来。

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。值得一提的是，每一行像素所占的字节数必须是4的整倍数，如果实际像素所占字节数不足4的倍数，则需要补齐，下一行像素值也是从4的倍数字节处后开始存放。

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;

如果有颜色表，位图数据内为索引值，根据该索引值在颜色表内查找对应的像素。

如果没有颜色表，位图数据存储的就是像素值。

biBitCount=1 表示位图最多有两种颜色，黑色和白色。图像数据中的每一位（0或1）表示一个像素（黑色或白色）。

biBitCount=4 表示位图最多有16种颜色。每个像素用4位表示，并用这4位作为颜色表的表项来查找该像素的颜色。例如，如果位图中的第一个字节的十六进制数为1F，它表示两个像素，第一像素的颜色就在颜色表的第2表项中查找，第二个像素的颜色在颜色表的第16表项中查找。

biBitCount=8 表示位图最多有256种颜色。每个像素用8位表示，并用这8位作为颜色表的表项来查找该像素的颜色。例如，如果位图中的第一个字节的十六进制数为1F，这个像素的颜色就在颜色表的第32表项中查找。

biBitCount=24 表示位图最多有224＝16 777 216种颜色。颜色表为空。每3个字节代表一个像素，每个字节分别表示R、G、B三分量的值。

biBitCount如果写颜色表的话大小为2^24*4=64M，所以不再使用颜色表。。。

说了这么多，我们看个例子，利用windows的画图软件，分别存为提到的4种bmp为1.bmp,2.bmp,3.bmp,4.bmp。

读取其中的必要信息，代码如下：

结构体定义部分：

Code Snippet
/*
* =====================================================================================
*       Filename:  Defs.h
*    Description:  defines the structure in bmp
*        Version:  1.0
*        Created:  2013-3-8 22:53:32
*       Compiler:  gcc
*         Author:  y, izualzhy@163.com
* =====================================================================================
*/
#pragma pack(2)
//位图文件头
struct BitMapFileHeader
{
    unsigned short bfType;//位图文件类型，必须BM,(16进制0x4d42)
    unsigned int bfSize;//文件大小,以字节为单位
    unsigned short bfReserved1;//保留字，必须为0
    unsigned short bfReserved2;//保留字，必须为0
    unsigned int bfOffBits;//位图数据的起始位置，也就是数据区的起始位置，单位为字节
};
//位图信息头
struct BitMapInfoHeader
{
    unsigned int biSize;//位图信息头的长度，一般为40
    unsigned int biWidth;//位图的宽度
    unsigned int biHeight;//位图的高度
    unsigned short biPlanes;//位图的位面数=1
    unsigned short biBitCount;//每个像素所占的位数，
    //必须为1(双色),4（16色）,8（256色）,24（真彩色），32（32真彩色）之一
    unsigned int biCompression;//位图压缩类型
    //必须为0（不压缩），1（BI_RLE8压缩类型），2（BI_RLE4压缩类型）之一
    unsigned int biSizeImage;//位图的大小，以字节为单位，必须是4的倍数
    unsigned int biXPelsPerMeter;//位图水平分辨率，像素/米
    unsigned int biYPelsPerMeter;//位图垂直分辨率，像素/米
    unsigned int biClrUsed;//位图实际使用的颜色数
    unsigned int biClrImportant;//指定重要的颜色数
};
 
struct RGBQuad
{
    unsigned char rgbBlue;//蓝色的亮度值
    unsigned char rgbGreen;//绿色的亮度值
    unsigned char rgbRed;//红色的亮度值
    unsigned char rgbReserved;//保留
};
#pragma pack()

main.cpp:

Code Snippet
#include <stdio.h>
#include "Defs.h"
 
int main(int argc, char* argv[])
{
    if (argc < 2)
    {
        return -1;
    }
    FILE* fp = fopen(argv[1], "r");
    if (!fp)
    {
        printf("fopen error!\n");
        return -1;
    }
 
    fseek(fp, 0, SEEK_END);
    unsigned int fileSize = ftell(fp);
    printf("seek fileSize: %d\n", fileSize);
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);
 
    printf("==============Read BitMapFileHeader=========\n");
    BitMapFileHeader bmfHeader;
    fread(&bmfHeader, sizeof(bmfHeader), 1, fp);
    char type[3] = {0};
    type[0] = (bmfHeader.bfType & 0xff);
    type[1] = (bmfHeader.bfType & 0xff00) >> 8;
    printf("filetype: %s\n", type);//文件类型
    printf("fileSize: %d\n", bmfHeader.bfSize);//文件大小，与实际文件大小一致
    printf("bitmapDataOffset: %d\n", bmfHeader.bfOffBits);//位图数据开始位置
 
    printf("==============Read BitMapInfoHeader=========\n");
    BitMapInfoHeader bmiHeader;
    fread(&bmiHeader, sizeof(bmiHeader), 1, fp);
    printf("sizeof BitMapInfoHeader: %d, %d\n", sizeof(BitMapInfoHeader), bmiHeader.biSize);//位图文件信息头结构体大小
    printf("width: %d, height: %d\n", bmiHeader.biWidth, bmiHeader.biHeight);//位图宽高
    printf("bit per perls: %d\n", bmiHeader.biBitCount);//每个像素所占的位数
    int dataSizePerLine = (bmiHeader.biWidth * bmiHeader.biBitCount + 31)/8;
    dataSizePerLine = dataSizePerLine/4*4;
    const int imageSize = bmiHeader.biHeight * dataSizePerLine;
    printf("ImageSize: %d, %d\n", bmiHeader.biSizeImage, imageSize);//图像的大小，4的倍数
 
    const int colorTableOffset = ftell(fp);//颜色表开始的位置
    printf("colorTableOffset: %d, bitmapDataOffset: %d, colorTableCount: %d\n"
            , colorTableOffset, bmfHeader.bfOffBits, (bmfHeader.bfOffBits - colorTableOffset)/sizeof(RGBQuad));
    fclose(fp);
    return 0;
}

输出为：

y@y-VirtualBox:/mnt/mydocuments/Training/Git/Training/bmp$ ./a.out 1.bmp
seek fileSize: 2862
==============Read BitMapFileHeader=========
filetype: BM
fileSize: 2862
bitmapDataOffset: 62
==============Read BitMapInfoHeader=========
sizeof BitMapInfoHeader: 40, 40
width: 200, height: 100
bit per perls: 1
ImageSize: 2800, 2800
colorTableOffset: 54, bitmapDataOffset: 62, colorTableCount: 2
y@y-VirtualBox:/mnt/mydocuments/Training/Git/Training/bmp$ ./a.out 2.bmp
seek fileSize: 10118
==============Read BitMapFileHeader=========
filetype: BM
fileSize: 10118
bitmapDataOffset: 118
==============Read BitMapInfoHeader=========
sizeof BitMapInfoHeader: 40, 40
width: 200, height: 100
bit per perls: 4
ImageSize: 10000, 10000
colorTableOffset: 54, bitmapDataOffset: 118, colorTableCount: 16
y@y-VirtualBox:/mnt/mydocuments/Training/Git/Training/bmp$ ./a.out 3.bmp
seek fileSize: 21078
==============Read BitMapFileHeader=========
filetype: BM
fileSize: 21078
bitmapDataOffset: 1078
==============Read BitMapInfoHeader=========
sizeof BitMapInfoHeader: 40, 40
width: 200, height: 100
bit per perls: 8
ImageSize: 20000, 20000
colorTableOffset: 54, bitmapDataOffset: 1078, colorTableCount: 256
y@y-VirtualBox:/mnt/mydocuments/Training/Git/Training/bmp$ ./a.out 4.bmp
seek fileSize: 60054
==============Read BitMapFileHeader=========
filetype: BM
fileSize: 60054
bitmapDataOffset: 54
==============Read BitMapInfoHeader=========
sizeof BitMapInfoHeader: 40, 40
width: 200, height: 100
bit per perls: 24
ImageSize: 60000, 60000
colorTableOffset: 54, bitmapDataOffset: 54, colorTableCount: 0

结果分析：

以3.bmp的输出结果为例：

1.文件大小通过计算可以得出与ftell相同

2.位图数据开始bytes=1078=14+40+4*256+200*100。每个数字的含义对应我们的理论部分。

参考资料：

http://www.metsky.com/archives/198.html

http://www.cppblog.com/magicqy/archive/2009/02/16/73975.html

http://www.cnblogs.com/scope/archive/2009/06/19/1507003.html

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