图片 bmp 格式详解

1 概述

BMP（Bitmap-File）图片文件格式，又称为 Bitmap （位图）或是 DIB（Device-Independent Device，设备无关位图），是 Windows 系统中广泛使用的图像文件格式。

由于它可以不作任何变换的保存图像像素域的数据，因此成为我们取得 RAW 数据的重要来源。Windows 的图形用户界面（graphical user interfaces）也在它的内建图像子系统 GDI 中对 BMP 格式提供了支持。

BMP 位图文件默认的文件扩展名是 BMP 或者 bmp（有时它也会以 .DIB 或 .RLE 作扩展名）

2 BMP 文件结构

BMP 文件的数据按照从文件头开始的先后顺序分为四个部分：

1. 位图文件头（bmp file header）： 提供文件的格式、大小等信息
2. 位图信息头（bitmap information）：提供图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索引等信息
3. 调色板（color palette）：可选，如使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应的颜色的映射表
4. 位图数据（bitmap data）：图像数据区

一个常见的 BMP 文件数据表如下：

数据段名称	大小（byte）
位图文件头	14
位图信息头	40
调色板	由 biBitCount 决定
位图数据	由图片大小和颜色决定

2.1 位图文件头

Windows 为 bmp 位图文件图定义了如下的结构体：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { 
    UINT16 bfType;        // 2 Bytes，文件类型，必须为 "BM"，即 0x424D
    DWORD bfSize;         // 4 Bytes，整个 BMP 文件的大小，单位为字节
    UINT16 bfReserved1;   // 2 Bytes，保留位置为 0
    UINT16 bfReserved2;   // 2 Bytes，保留位置为 0
    DWORD bfOffBits;      // 4 Bytes，文件起始位置到图像位图数据的字节偏移量
} BITMAPFILEHEADER;

以下面普通 24 位位图为例：

以字节向后数：

• 前 1-2 字节：0x424d = ‘BM’，表示这是 Windows 支持的位图格式
• 3 - 6 字节：BMP 图片为小端方式存储，0x002A3036 = 2764854 kb ≈ 2.6M
• 7 - 10 字节：保留为，置为 0
• 11 - 14：0x00000036 = 54，实例 BMP 文件没有调色板，从文件头到位图数据偏移 54 个字节

2.2 位图信息头

位图信息头一般为 40 个字节，各字段含义如表格所示：

变量名	大小	说明
biSize	4 Bytes	BMP_INFOHEADER 表示所需要的字节数（以字节为单位）
biWidth	4 Bytes	说明图像的宽度（以像素为单位）
biHeight	4 Bytes	说明图像的高度（以像素为单位）
biPlanes	2 Bytes	为目标设备说明位面数，其值总设置为 1
biBitCount	2 Bytes	一个像素点占几位，其值可为 1、4、8、16、24 或 32
biCompression	4 Bytes	图像数据的压缩类型，详解见表后
biSizeImage	4 Bytes	图像的大小，与压缩类型相关，见下文
biXPelsPerMeter	4 Bytes	水平分辨率
biYPelsPerMeter	4 Bytes	垂直分辨率
biClrUsed	4 Bytes	位图实际使用的调色板索引数，0 表示使用所有的调色板索引
biClrImportant	4 Bytes	对图像显示有重要影响的颜色索引的数目，如果是 0 表示都重要。

biCompression 图像数据的压缩类型

取值范围为：

• BI_RGB 不压缩（最常用）
• BI_RLE8 8 比特游程编码（BLE），只用于 8 位位图
• BI_RLE4 4 比特游程编码（BLE），只用于 4 位位图
• BI_BITFIELDS 比特域（BLE），只用于 16/32 位位图
• BI_JPEG 位图包含 JPEG，只用于打印机
• BI_PNG 位图包含 PNG，只用于打印机

biSizeImage 图像大小与压缩类型相关，当压缩类型为 BI_RGB 不压缩时为 0

以下面的实例分析位图信息头，见蓝色部分：

• 1 - 4 字节：0x00000028 = 40 字节，表示该位图信息头占用 40 个字节。
• 5 - 8 字节：位图宽度为 0x00000500 = 1280 像素
• 9 - 12 字节：位图高度为 0x000002D0 = 720 像素
• 13 - 14 字节：biPlanes，0x0001 值总为 1
• 15 - 16 字节：biBitCount，0x0018 = 24，说明一个像素占用 24 字节，为 24 位位图
• 17 - 20 字节：biCompression，0x00000000 = 0 ,0 表示本图像不压缩
• 21 - 24 字节：biSizeImage，图像大小，因为使用 BI_RGB 不压缩所以值为 0
• 25 - 28 字节：水平分辨率，缺省
• 29 - 32 字节：垂直分辨率，缺省
• 33 - 36 字节：biClrUsed，0 表示使用所有的调色板索引
• 37 - 40 字节：biClrImportant，表示所有颜色索引都重要

2.3 调色板

BMP 调色板结构体可以定义如下：

typedef struct _tagRGBQUAD
{
    BYTE  rgbBlue;       // 指定蓝色强度
    BYTE  rgbGreen;      // 指定绿色强度
    BYTE  rgbRed;        // 指定红色强度
    BYTE  rgbReserved;   // 保留，设置为0
} RGBQUAD;

调色板其实是一张映射表，标识颜色索引号与其代表的颜色的对应关系。它在文件中的布局就像一个二维数组 palette[N][4]，其中 N 表示总的颜色索引数，每行的四个元素分别表示该索引对应的 B、G、R 和 Alpha 的值，每个分量占一个字节。如不设透明通道时，Alpha 为 0。

2.4 BMP 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;

当扫描取到一个字节后，以该字节为索引查询相应的颜色，并显示到相应的显示设备上即可。

位图的高度为负数时，扫描顺序相反，从右到左，从上到下，即从右上角扫描到左下角。