BMP文件详解

作者：masikkk

转自：http://blog.csdn.net/masibuaa/article/details/9792889

说到图片，位图（Bitmap）当然是最简单的，它Windows显示图片的基本格式，其文件扩展名为*.BMP。在Windows下，任何各式的图片文件（包括视频播放）都要转化为位图个时候才能显示出来，各种格式的图片文件也都是在位图格式的基础上采用不同的压缩算法生成的（Flash中使用了适量图，是按相同颜色区域存储的）。

一、下面我们来看看位图文件（*.BMP）的格式。

位图文件主要分为如下3个部分：

块名称

对应Windows结构体定义

大小（Byte）

文件信息头

BITMAPFILEHEADER

14

位图信息头

BITMAPINFOHEADER

40

RGB颜色阵列

BYTE*

由图像长宽尺寸决定

1、   文件信息头BITMAPFILEHEADER

结构体定义如下：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { /* bmfh */

UINT bfType;  
DWORD bfSize; 
UINT bfReserved1; 
UINT bfReserved2; 
DWORD bfOffBits;

} BITMAPFILEHEADER;

其中：

bfType

说明文件的类型，该值必需是0x4D42，也就是字符'BM'。

bfSize

说明该位图文件的大小，用字节为单位

bfReserved1

保留，必须设置为0

bfReserved2

保留，必须设置为0

bfOffBits

说明从文件头开始到实际的图象数据之间的字节的偏移量。这个参数是非常有用的，因为位图信息头和调色板的长度会根据不同情况而变化，所以你可以用这个偏移值迅速的从文件中读取到位数据。

2、位图信息头BITMAPINFOHEADER

结构体定义如下：

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;

其中：

biSize

说明BITMAPINFOHEADER结构所需要的字数。

biWidth

说明图象的宽度，以象素为单位。

biHeight

说明图象的高度，以象素为单位。注：这个值除了用于描述图像的高度之外，它还有另一个用处，就是指明该图像是倒向的位图，还是正向的位图。如果该值是一个正数，说明图像是倒向的，如果该值是一个负数，则说明图像是正向的。大多数的BMP文件都是倒向的位图，也就是时，高度值是一个正数。

biPlanes

为目标设备说明位面数，其值将总是被设为1。

biBitCount

说明比特数/象素，其值为1、4、8、16、24、或32。但是由于我们平时用到的图像绝大部分是24位和32位的，所以我们讨论这两类图像。

biCompression

说明图象数据压缩的类型，同样我们只讨论没有压缩的类型：BI_RGB。

biSizeImage

说明图象的大小，以字节为单位。当用BI_RGB格式时，可设置为0。

biXPelsPerMeter

说明水平分辨率，用象素/米表示。

biYPelsPerMeter

说明垂直分辨率，用象素/米表示。

biClrUsed

说明位图实际使用的彩色表中的颜色索引数（设为0的话，则说明使用所有调色板项）。

biClrImportant

说明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。

3、RGB颜色阵列

有关RGB三色空间我想大家都很熟悉，这里我想说的是在Windows下，RGB颜色阵列存储的格式其实BGR。也就是说，对于24位的RGB位图像素数据格式是：

蓝色B值

绿色G值

红色R值

对于32位的RGB位图像素数据格式是：

蓝色B值

绿色G值

红色R值

透明通道A值

透明通道也称Alpha通道，该值是该像素点的透明属性，取值在0（全透明）到255（不透明）之间。对于24位的图像来说，因为没有Alpha通道，故整个图像都不透明。

将RGB数据保存为bmp文件

[cpp] view plaincopy

1. int bmp_write(unsigned char *image, int xsize, int ysize, char *filename)  
2. {  
3.     unsigned char header[54] = {  
4.         /**********************文件头BITMAPFILEHEADER*************************/  
5.         0x42, 0x4d,    //2字节，文件标识, 必须为BM  
6.         0, 0, 0, 0,       //4字节，位图的文件大小，以字节为单位  
7.         0, 0,              //2字节，保留字，必须为0  
8.         0, 0,               //2字节，保留字，必须为0  
9.         54, 0, 0, 0,        //4字节，位图数据的起始位置，以相对于位图文件头的偏移量表示，以字节为单位  
10.         /********************位图信息头BITMAPINFOHEADER************************/  
11.         40, 0, 0, 0,        //4字节，位图描述信息块的大小  
12.         0, 0, 0, 0,     //4字节，位图的宽度  
13.         0, 0, 0, 0,     //4字节，位图的高度  
14.         1, 0,               //2字节，为目标设备说明位面数，其值将总是被设为1  
15.         24, 0,              //2字节，每个像素所需的位数，必须是1(双色),4(16色)，8(256色)或24(真彩色)之一  
16.         0, 0, 0, 0,     //4字节，数据的压缩方式，必须是 0(不压缩),1(BI_RLE8压缩类型)或2(BI_RLE4压缩类型)之一  
17.         0, 0, 0, 0,     //4字节，数据区的大小，以字节为单位，必须是4的倍数  
18.         0, 0, 0, 0,     //4字节，水平每米有多少个像素  
19.         0, 0, 0, 0,     //4字节，垂直每米有多少个像素  
20.         0, 0, 0, 0,     //4字节，实际使用的彩色表中的颜色索引数，固定为0  
21.         0, 0, 0, 0      //4字节，对图象显示有重要影响的颜色索引的数目，固定为0  
22.     };  
23.   
24.     long file_size = (long)xsize * (long)ysize * 3 + 54;  
25.     header[2] = (unsigned char)(file_size &0x000000ff);  
26.     header[3] = (file_size >> 8) & 0x000000ff;  
27.     header[4] = (file_size >> 16) & 0x000000ff;  
28.     header[5] = (file_size >> 24) & 0x000000ff;  
29.   
30.     long width = xsize;  
31.     header[18] = width & 0x000000ff;  
32.     header[19] = (width >> 8) &0x000000ff;  
33.     header[20] = (width >> 16) &0x000000ff;  
34.     header[21] = (width >> 24) &0x000000ff;  
35.   
36.     long height = ysize;  
37.     header[22] = height &0x000000ff;  
38.     header[23] = (height >> 8) &0x000000ff;  
39.     header[24] = (height >> 16) &0x000000ff;  
40.     header[25] = (height >> 24) &0x000000ff;  
41.   
42.     char fname_bmp[128];  
43.     sprintf(fname_bmp, "%s.bmp", filename);  
44.   
45.     FILE *fp;  
46.     if (!(fp = fopen(fname_bmp, "wb")))   
47.         return -1;  
48.   
49.     fwrite(header, sizeof(unsigned char), 54, fp);  
50.     fwrite(image, sizeof(unsigned char), (size_t)(long)xsize * ysize * 3, fp);  
51.   
52.     fclose(fp);  
53.     return 0;  
54. }  

'1BMP文件头：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                 字节数
Public Type BITMAPFILEHEADER                                                              '2+4+2+2+4=14
        bfType As Integer '位图文件的类型，必须为BM                                             2
        bfSize As Long '位图文件的大小，以字节为单位                                            4
        bfReserved1 As Integer '位图文件保留字，必须为0                                         2
        bfReserved2 As Integer '位图文件保留字，必须为0                                         2
        bfOffBits As Long '位图数据的起始位置，以相对于位图文件头的偏移量表示，以字节为单位     4
End Type
'2位图信息头：BMP位图信息头数据用于说明位图的尺寸等信息
Public Type BITMAPINFOHEADER
        biSize As Long '本结构(BITMAPINFOHEADER)所占用字节数
        biWidth As Long '位图的宽度，以像素为单位
        biHeight As Long '位图的高度，以像素为单位
        biPlanes As Integer '目标设备的级别，必须为1 Specifies the number of planes for the target device. This value must be set to 1.
        biBitCount As Integer '每个像素所需的位数，必须是1(双色),4(16色)，8(256色)或24(真彩色)之一
                              '                    分为1 4 8 16 24 32 本文没对1 4 进行研究
        biCompression As Long ' 位图压缩类型，必须是 0(不压缩),1(BI_RLE8压缩类型)或2(BI_RLE4压缩类型)之一
                              ' 本以为压缩类型，但是却另外有作用，稍候解释***************
        biSizeImage As Long '表示位图数据区域的大小以字节为单位
        biXPelsPerMeter As Long '位图水平分辨率，每米像素数
        biYPelsPerMeter As Long '位图垂直分辨率，每米像素数
        biClrUsed As Long '位图实际使用的颜色表中的颜色数
        biClrImportant As Long '位图显示过程中重要的颜色数
End Type
'第一块是bmp的文件头用于描述整个bmp文件的情况(BITMAPFILEHEADER).第二块是位图信息头，即BITMAPINFOHEADER，用于描述整个位图文件的情况.
'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。
'3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.最后一块就是位图的数据实体。
Public Type RGBQUAD
        rgbBlue As Byte '蓝色的亮度(值范围为0-255)
        rgbGreen As Byte '绿色的亮度(值范围为0-255)
        rgbRed As Byte '红色的亮度(值范围为0-255)
        rgbReserved As Byte '保留，必须为0
End Type
'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:
Public Type BITMAPINFO
        bmiHeader As BITMAPINFOHEADER '位图信息头
        bmiColors As RGBQUAD ' 颜色表
End Type
'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，
'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):
'DataSize= DataSizePerLine* biHeight;


'二、BMP文件分析
'分析：首先请注意所有的数值在存储上都是按"高位放高位、低位放低位的原则"，
'如12345678h放在存储器中就是7856 3412）。下图是一张图16进制数据，以此为例
'进行分析。在分析中为了简化叙述，以一个字（两个字节为单位，如424D就是一个
'字）为序号单位进行，"h"表示是16进制数。
'424D 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
'1：图像文件头。424Dh='BM'，表示是Windows支持的BMP格式。
'2-3：整个文件大小。4690 0000，为00009046h=36934。
'4-5：保留，必须设置为0
'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
'8-9：位图图信息头长度
'10-11：位图宽度，以像素为单位。8000 0000，为00000080h=128
'12-13：位图高度，以像素为单位。9000 0000，为00000090h=144
'14：位图的位面数，该值总是1。0100，为0001h=1
'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）。T408支持的是16位格式。1000为0010h=16
'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。
'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×位图高度×每个像素位数。
'       0090 0000为00009000h=80×90×2h=36864。
'20-21：用象素/米表示的水平分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h=4000。
'22-23：用象素/米表示的垂直分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h=4000。
'2：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。
'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。
'28-35：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表，因为位图中的RGB值就代表了每个象素的颜色。但是16位r5g6b5位域彩色图像需
'要彩色表，看前面的图，与上面的解释不太对得上，应以下面的解释为准。
'图中彩色板为00F8 0000 E007 0000 1F00 0000 0000 0000，其中：
'00FB 0000为FB00h=1111100000000000（二进制），是红色分量的掩码。
'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








'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




'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];


'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。