BMP格式知识之四:BMP文件详解

BMP文件详解

BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BblP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。
由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。
典型的BMP图像文件由三部分组成：位图文件头数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息。

具体数据举例：
如某BMP文件开头：
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 .... ....
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：图像文件头。424Dh="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。
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。

二、位图信息头
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×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 （非必有）
16）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。

四、图像数据阵列
17)17-．．．：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。

下面用UltraEdit打开C:\WINDOWS\Blue Lace 16.bmp察看其16进制数据。

一个bmp文件以BITMAPFILEHEADER结构体开始，BITMAPFILEHEADER的第1个属性是bfType(2字节)，这里恒定等于&H4D42。由于内存中的数据排列高位在左，低位在右，所以内存中从左往右看就显示成(42 4D)，所以在UltraEdit中头两个 字节显示为(42 4D)就是这样形成的，以后的数据都是这个特点，不再作重复说明。

BITMAPFILEHEADER的第2个属性是bfSize(4字节)，表示整个bmp文件的大小，这里等于&H000004F8=1272字节。

BITMAPFILEHEADER的第3个、第4个属性分别是bfReserved1、bfReserved2(各2字节)，这里是2个保留属性，都为0，这里等于&H0000、&H0000。

BITMAPFILEHEADER的第5个属性是bfOffBits(4字节)，表示DIB数据区在bmp文件中的位置偏移量，这里等于&H00000076=118，表示数据区从文件开始往后数的118字节开始。 
BITMAPFILEHEADER结构体这里就讲完了，大家会发现BITMAPFILEHEADER只占了bmp文件开始的14字节长度，但需要 特别说明的是在vb中定义一个BITMAPFILEHEADER结构体变量，其长度占了16个字节，原因就是第1个属性本来应该只分配2个字节，但实际被 分配了4个字节，多出来2个字节，所以如果想保存一张bmp图片，写入BITMAPFILEHEADER结构体时一定要注意这一点。

接下来是BITMAPINFO结构体部分。BITMAPINFO段由两部分组成：BITMAPINFOHEADER结构体和RGBQUAD结构体。其中RGBQUAD结构体表示图片的颜色信息，有些时候可以省略，一般的24位图片和32位图片都不带RGBQUAD结构体，因为DIB数据区直接表 示的RGB值，一般4位图片和8位图片才带有RGBQUAD结构体。(多少位的图片就是用多少位来表示一个颜色信息，例如4位图片表示用4个bit来表示 一个颜色信息。)一个bmp文件中有没有RGBQUAD结构体，可以根据前面BITMAPFILEHEADER结构体的第5个属性bfOffBits来判 断，因为BITMAPINFOHEADER结构体长度为40bit，如果BITMAPINFOHEADER结构体结束后还未到DIB数据区的偏移量，就说 明接下来的数据是RGBQUAD结构体部分。这里讲的C:\WINDOWS\Blue Lace 16.bmp是一个4bit图片，所以它带有 RGBQUAD结构体。

下面进入正题BITMAPINFOHEADER部分。

BITMAPINFOHEADER的第1个属性是biSize(4字节)，表示BITMAPINFOHEADER结构体的长度，最常见的长度是40字节，UltraEdit中可以看到紧接着的4个字节等于&H00000028=40字节。

BITMAPINFOHEADER的第2个属性是biWidth(4字节)，表示bmp图片的宽度，这里等于&H00000030=48像素。

BITMAPINFOHEADER的第3个属性是biHeight(4字节)，表示bmp图片的高度，这里等于&H00000030=48像素。

BITMAPINFOHEADER的第4个属性是biPlanes(2字节)，表示bmp图片的平面属，显然显示器只有一个平面，所以恒等于1，这里等于&H0001。

BITMAPINFOHEADER的第5个属性是biBitCount(2字节)，表示bmp图片的颜色位数，即24位图、32位图等等。这里等于&H0004，表示该图片为4位图。

BITMAPINFOHEADER的第6个属性是biCompression(4字节)，表示图片的压缩属性，bmp图片是不压缩的，等于0，所以这里为&H00000000。

BITMAPINFOHEADER的第7个属性是biSizeImage(4字节)，表示bmp图片数据区的大小，当上一个熟悉biCompression等于0时，这里的值可以省略不填，所以这里等于&H00000000。

BITMAPINFOHEADER的第8个属性是biXPelsPerMeter(4字节)，表示图片X轴每米多少像素，可省略，这里等于&H00000EC3=3779像素/米。

BITMAPINFOHEADER的第9个属性是biYPelsPerMeter(4字节)，表示图片Y轴每米多少像素，可省略，这里等于&H00000EC3=3779像素/米。

BITMAPINFOHEADER的第10个属性是biClrUsed(4字节)，表示使用了多少个颜色索引表，一般biBitCount属性小于16才会用到，等于0时表示有2^biBitCount个颜色索引表，所以这里仍等于&H00000000。

BITMAPINFOHEADER的第11个属性是biClrImportant(4字节)，表示有多少个重要的颜色，等于0时表示所有颜色都很重要，所以这里等于&H00000000。

至此BITMAPINFOHEADER结构体结束。

由于这个图片到这里还未到达DIB数据区的偏移量，所以接下来的部分是RGBQUAD结构体。RGBQUAD结构体由4个字节型数据组成，所以一 个RGBQUAD结构体只占用4字节空间，从左到右每个字节依次表示(蓝色，绿色，红色，未使用)。举例的这个图片我数了数总共有16个RGBQUAD结 构体，由于该图片是4位图，2^4正好等于16，所以它把16种颜色全部都枚举出来了，这些颜色就是一个颜色索引表。颜色索引表编号从0开始，总共16个 颜色，所以编号为0-15。从UltraEdit中可以看到按照顺序，这16个RGBQUAD结构体依次为：

编号：(蓝，绿，红，空)

0号：(00，00，00，00)

1号：(00，00，80，00)

2号：(00，80，00，00)

3号：(00，80，80，00)

4号：(80，00，00，00)

5号：(80，00，80，00)

6号：(80，80，00，00)

7号：(80，80，80，00)

8号：(C0，C0，C0，00)

9号：(00，00，FF，00)

10号：(00，FF，00，00)

11号：(00，FF，FF，00)

12号：(FF，00，00，00)

13号：(FF，00，FF，00)

14号：(FF，FF，00，00)

15号：(FF，FF，FF，00)

为了更直观的表示这些颜色，可以见后面的图片。

到这里，正好满足DIB数据区的偏移量，所以后面的字节就是图片内容了。这里需要提醒的是所有的DIB数据扫描行是上下颠倒的，也就是说一幅图片先绘制底部的像素，再绘制顶部的像素，所以这些DIB数据所表示的像素点就是从图片的左下角开始，一直表示到图片的右上角。

由于这里的图片是4位图片，也就是说4bit就表示一个像素，一个字节有8个bit，所以一个字节能表示2个像素。

从UltraEdit中可以看到，DIB数据区第一个字节是&H44，16进制正好是将2进制数每4个一组书写的，跟4bit图片正好吻 合，所以&H44表示两个像素，高位的4表示第一个像素，低位的4表示第二个像素。这里的4不是表示RGB颜色，而是表示颜色索引号为4，由于索 引号从0开始编号的，所以4表示索引表中第5个颜色，从附图中可以看到索引号为4的是蓝色。这是第一字节，表示的是图片左下角开始2个像素，如果有 PhotoShop打开这个图片可以看到，左下角2个像素取出来的颜色RGB值正好等于索引表中第5个颜色的RGB值。后面的DIB数据以此类推。

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BMP(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;
　　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;
　　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;
　　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;

       如果使用直读文件的方法去显示BMP文件，这里要非常注意！在我写的一个人机界面的配套图片转换工具时发现有这么一个BUG：当读取的BMP图像素为某些值时就可以正确显示，而另一些值时则显示不正常，经过仔细查找，才发现原来是只有X坐标为4的整数倍的图片才可以正常显示，就是上面这个原因导致显示不正确。

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下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，请参考下面文件格式的部分。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。