BMP文件结构分析
BMP文件结构
文档说明：由于最近的开发需要了解BMP结构，故收集并学习了BMP结构，下面部分是从网上收集来的文档，并列出部分自己的相关代码，仅供自己和他人学习。因为这段代码现在已经不用了，所以没仔细的修改，如果有时间可能会考虑重构一下。
一． Bitmap简介
BMP(Bitmap-File)图形文件是Windows采用的图形文件格式，在Windows环境下运行的所有图象处理软件都支持BMP图象文件格式。Windows系统内部各图像绘制操作都是以BMP为基础的。Windows 3.0以前的BMP图文件格式与显示设备有关，因此把这种BMP图象文件格式称为设备相关位图DDB(device-dependent bitmap)文件格式。Windows 3.0以后的BMP图象文件与显示设备无关，因此把这种BMP图象文件格式称为设备无关位图DIB(device-independent bitmap)格式（注：Windows 3.0以后，在系统中仍然存在DDB位图，象BitBlt()这种函数就是基于DDB位图的，只不过如果你想将图像以BMP格式保存到磁盘文件中时，微软 极力推荐你以DIB格式保存），目的是为了让Windows能够在任何类型的显示设备上显示所存储的图象。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）。
BMP图象文件格式有如下4个特点：
（1） 与大部分的图象文件格式不同，图象的扫描线是从下到上（bottom to top）形式而不是从上到下（top to bottom）形式
（2） BMP文件支持行程编码压缩算法（Run length Encoding），但仅限于4位和8位象素值两种模式。
（3） BMP文件的扫描线在每行末尾进行规格化，使得BMP文件长度均能够被4整除。
二． 图象文件格式
BMP文件由四部分组成：文件头，图象控制信息，调色板信息（或者掩码信息）和位图点阵。
1. 位图文件头：包含有关于文件类型、文件大小、存放位置等信息
结构如下：
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
{
WORD bfType; //文件类型
DWORD bfSize; //文件的字节数
WORD bfReserved1; //保留
WORD bfReserved2; //保留
DWORD bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;
其中：
(1)WORD bfType 用于表示文件类型，如果它是bmp文件，那么它这个位置的值一定是”BM” 也就是0x4D42。
(2)DWORD bfSize： 表示整个文件的字节数
(3)WORD bfReserved1： 保留
(4)WORD bfReserved2： 保留
(5)DWORD bfOffBits： 表示位图的数据信息离文件头的偏移量，以字节为单位
2. 图象控制信息：包含位图文件的大小、压缩类型和颜色格式等信息
结构如下：
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER
{
DWORD biSize; //表示本结构的大小
LONG biWidth; //位图的宽度
LONG biHeight; //位图的高度
WORD biPlanes; //永远为1 , 附msdn解释
//Specifies the number of planes for the target device. This value must be set to 1.
WORD biBitCount;//位图的位数 分为1 4 8 16 24 32
DWORD biCompression;
DWORD biSizeImage; //表示位图数据区域的大小以字节为单位
LONG biXPelsPerMeter;
LONG biYPelsPerMeter;
DWORD biClrUsed;
DWORD biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER, *PBITMAPINFOHEADER;
其中：
(1)DWORD biSize： 说明BITMAPINFOHEADER结构所需要的字数。注：这个值并不一定是BITMAPINFOHEADER结构的 尺寸，它也可能是sizeof(BITMAPV4HEADER)的值，或是sizeof(BITMAPV5HEADER)的值。这要根据该位图文件的格式 版本来决定，不过，就现在的情况来看，绝大多数的BMP图像都是BITMAPINFOHEADER结构的。
(2)LONG biWidth: 说明图象的宽度，以象素为单
(3)LONG 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。（注：当高度值是一个负数时（正向图像），图像将不能被压缩（也就是说(4)biCompression成员将不能是BI_RLE8或 BI_RLE4）。
(5)WORD biPlanes; 为目标设备说明位面数，其值将总是被设为1
(6)WORD biBitCount; 说明比特数/象素，其值为1、4、8、16、24、或32
(7)DWORD biCompression; 说明图象数据压缩的类型。其值可以是下述值之一：
a. BI_RGB：没有压缩
b. BI_RLE8：每个象素8比特的RLE压缩编码，压缩格式由2字节组成(重复象素计数和颜色索引)；
c. BI_RLE4：每个象素4比特的RLE压缩编码，压缩格式由2字节组成
d. BI_BITFIELDS：每个象素的比特由指定的掩码决定。
(8)DWORD 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
(9)LONG biXPelsPerMeter; 说明水平分辨率，用象素/米表示
(10)LONG biYPelsPerMeter; 说明垂直分辨率，用象素/米表示
(11)DWORD 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）
(12)DWORD 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. 调色板或者掩码
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。
RGBQUAD结构描述由R、G、B相对强度组成的颜色，定义如下：
typedef struct tagRGBQUAD
{
BYTE rgbBlue;
BYTE rgbGreen;
BYTE rgbRed;
BYTE rgbReserved;
} RGBQUAD;
其中：
rgbBlue： 指定蓝色强度
rgbGreen： 指定绿色强度
rgbRed： 指定红色强度
rgbReserved： 保留，设置为0
4. 位图点阵数据
图象的每一扫描行由表示图象象素的连续的字节组成，每一行的字节数取决于图象的颜色数目和用象素表示的图象宽度。扫描行 是由底向上存储的，这就是说，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。（只针对与倒向DIB，如果是正向DIB， 则扫描行是由顶向下存储的），倒向DIB的原点在图像的左下角，而正向DIB的原点在图像的左上角。同时，每一扫描行的字节数必需是4的整倍数，也就是 DWORD对齐的。
以下是对各种位图格式的简单说明，以及简单的行解码函数。对函数先大概说明一下：
每种位图格式的参数都是一致的：
Vector
UINT row 需要解码的位图第row行
INT32 width 位图宽度
另外，需要说明的是，下列函数中调用的文件相关的接口和平台有关，列出函数的目的主要是说明如何4字节对齐以及相应的位图行解码。
注：GetOffBits(file_counter) 的作用是得到位图点阵数据的开始位置。
三． 1bit位图
此种位图格式最多有两种颜色，缺省情况下是黑色和白色，你也可以自己定义这两种颜色。调色板中将有两个调色板项，称为索引0和索引1。图象数据点阵中的每一位表示一个象素。如果一个位是0，显示时就使用索引0的RGB值，如果位是1，则使用索引1的RGB值。
BOOLEAN BmpFileDecoder::DecodeRowBy1Bit(Vector
{
UINT32 bytes_read=0;
RGBQUAD quad[2];
UINT32 file_counter = 0;
GetOffBits(file_counter);
file_counter -= (sizeof(RGBQUAD)*2);
//read rgb quad
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,(void HUGE *)quad,file_counter,sizeof(RGBQUAD)*2,bytes_read,m_device_id))
return false;
//read row
GetOffBits(file_counter);
INT rowbytes = (width+7)/8;
rowbytes = (rowbytes+3)/4;
rowbytes*=4;
file_counter+=(row*rowbytes);
BYTE* row_buffer = new BYTE[rowbytes];
if(row_buffer == NULL)
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,row_buffer,file_counter,rowbytes,bytes_read,m_device_id))
{
return false;
}
//add pels
BYTE index,b,g,r;
for(INT m=0,n=0;n
{
INT offset = 7;
do
{
index = ((row_buffer[m]>>offset)&0x01);
b=quad[index].rgbBlue;
g=quad[index].rgbGreen;
r=quad[index].rgbRed;
row_color_vec.PushBack(Color(r,g,b));
n++;
offset--;
}while((n
}
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return true;
}
四． 4bit位图
此种位图格式最多有16种颜色。每个象素用4位表示，并用这4位作为彩色表的表项来查找该象素的颜色。例如，如果位图中的第一个字节为0x1F，它表示有两个象素，第一象素的颜色就在彩色表的第2表项中查找，而第二个象素的颜色就在彩色表的第16表项中查找。此时，调色板中缺省情 况下会有16个RGB项。对应于索引0到索引15。
BOOLEAN BmpFileDecoder::DecodeRowBy4Bit(Vector
{
UINT32 bytes_read=0;
RGBQUAD quad[16];
UINT32 file_counter = 0;
GetOffBits(file_counter);
file_counter -= (sizeof(RGBQUAD)*16);
//read rgb quad
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,(void HUGE *)quad,file_counter,sizeof(RGBQUAD)*16,bytes_read,m_device_id))
{
return false;
}
//read row
GetOffBits(file_counter);
INT rowbytes = (width+1)/2;
rowbytes = (rowbytes+3)/4;
rowbytes*=4;
file_counter+=(row*rowbytes);
BYTE* row_buffer = new BYTE[rowbytes];
if(row_buffer == NULL)
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,row_buffer,file_counter,rowbytes,bytes_read,m_device_id))
{
return false;
}
//add pels
for(INT m=0,n=0;n
{
BYTE index=((row_buffer[m]>>4)&0x0F);
BYTE b=quad[index].rgbBlue;
BYTE g=quad[index].rgbGreen;
BYTE r=quad[index].rgbRed;
row_color_vec.PushBack(Color(r,g,b));
n++;
if(n
{
index=(row_buffer[m]&0x0F);
b=quad[index].rgbBlue;
g=quad[index].rgbGreen;
r=quad[index].rgbRed;
row_color_vec.PushBack(Color(r,g,b));
n++;
}
m++;
}
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return true;
}
五． 8bit位图
此种位图格式最多有256种颜色。每个象素用8位表示，并用这8位作为彩色表的表项来查找该象素的颜色。例如，如果位图中的第一个字节为0x1F，这个象素的颜色就在彩色表的第32表项中查找。此时，缺省情况下，调色板中会有256个RGB项，对应于索引0到索引255。
BOOLEAN BmpFileDecoder::DecodeRowBy8Bit(Vector
{
UINT32 bytes_read=0;
RGBQUAD quad[256];
UINT32 file_counter = 0;
GetOffBits(file_counter);
file_counter -= (sizeof(RGBQUAD)*256);
//read rgb quad
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,(void HUGE *)quad,file_counter,sizeof(RGBQUAD)*256,bytes_read,m_device_id))
return false;
//read row
GetOffBits(file_counter);
INT rowbytes = (width+3)/4;
rowbytes*=4;
file_counter+=(row*rowbytes);
BYTE* row_buffer = new BYTE[rowbytes];
if(row_buffer == NULL)
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,row_buffer,file_counter,rowbytes,bytes_read,m_device_id))
return false;
//add pels
for(INT m=0;m
{
BYTE index=row_buffer[m];
BYTE b=quad[index].rgbBlue;
BYTE g=quad[index].rgbGreen;
BYTE r=quad[index].rgbRed;
row_color_vec.PushBack(Color(r,g,b));
}
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return true;
}
六． 16bit位图
此种位图格式最多有216种颜色。每个色素用16位（2个字节）表示。这种格式叫作高彩色，或叫增强型16位 色，或64K色。它的情况比较复杂，当biCompression成员的值是BI_RGB时，它没有调色板。16位中，最低的5位表示蓝色分量，中间的5 位表示绿色分量，高的5位表示红色分量，一共占用了15位，最高的一位保留，设为0。这种格式也被称作555 16位位图。如果biCompression成员的值是BI_BITFIELDS，那么情况就复杂了，首先是原来调色板的位置被三个DWORD变量占据， 称为红、绿、蓝掩码。分别用于描述红、绿、蓝分量在16位中所占的位置。在Windows 95（或98）中，系统可接受两种格式的位域：555和565，在555格式下，红、绿、蓝的掩码分别是：0x7C00、0x03E0、0x001F，而 在565格式下，它们则分别为：0xF800、0x07E0、0x001F。你在读取一个像素之后，可以分别用掩码“与”上像素值，从而提取出想要的颜色分量。在NT系统中，则没有格式限制，只不过要求掩码之间不能有重叠。（注：这种格式的图像使用起来是比较麻烦的，不 过因为它的显示效果接近于真彩，而图像数据又比真彩图像小的多，所以，它更多的被用于游戏软件）。
BOOLEAN BmpFileDecoder::DecodeRowBy16Bit(Vector
{
UINT32 bytes_read=0;
INT rowbytes = (width*2+3)/4;
rowbytes *= 4;
//BYTE* row_buffer = new BYTE[rowbytes];
UINT16* row_buffer = new UINT16[rowbytes/2];
if(row_buffer == NULL)
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
UINT32 file_counter = 0;
GetOffBits(file_counter);
file_counter += (row*rowbytes);
//read row
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,row_buffer,file_counter,rowbytes,bytes_read,m_device_id))
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
//add pels
BICompressionType bicompressiontype;
GetBICompressionType( bicompressiontype);
if(BI_RGB == bicompressiontype)
{
//555 format
for(INT n=0;n
{
UINT16 rgb=row_buffer[n];
UINT16 tmp = 0;
//red
tmp = (rgb&0x7C00)>>7;
BYTE r=tmp;
//green
tmp = (rgb&0x03E0)>>2;
BYTE g=tmp;
//blue
tmp = ((rgb&0x001F)<<3);
BYTE b=tmp;
row_color_vec.PushBack(Color(r,g,b));
}
}
else
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return true;
}
七． 24bit位图
此种位图格式最多有224种颜色。这种位图没有调色板（bmiColors成员尺寸为0），在位数组中，每3个字节代表一个象素，分别对应于颜色R、G、B。
BOOLEAN BmpFileDecoder::DecodeRowBy24Bit(Vector
{
INT rowbytes = (width*3+3)/4;
rowbytes *= 4;
BYTE* row_buffer = new BYTE[rowbytes];
if(row_buffer == NULL)
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
UINT32 file_counter = 0;
GetOffBits(file_counter);
file_counter += (row*rowbytes);
UINT32 bytes_read=0;
//read row
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,row_buffer,file_counter,rowbytes,bytes_read,m_device_id))
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
//add pels
for(INT m=0,n=0;m
{
BYTE b=row_buffer[n];
BYTE g=row_buffer[n+1];
BYTE r=row_buffer[n+2];
row_color_vec.PushBack(Color(r,g,b));
}
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return true;
}
八． 32bit位图
此种位图格式最多有232种颜色。这种位图的结构与16位位图结构非常类似，当 biCompression成员的值是BI_RGB时，它也没有调色板，32位中有24位用于存放RGB值，顺序是：最高8位保留，红8位、绿8位、蓝8 位。这种格式也被成为888 32位图。如果 biCompression成员的值是BI_BITFIELDS时，原来调色板的位置将被三个DWORD变量占据，成为红、绿、蓝掩码，分别用于描述红、 绿、蓝分量在32位中所占的位置。在Windows 95(or 98)中，系统只接受888格式，也就是说三个掩码的值将只能是：0xFF0000、0xFF00、0xFF。而在NT系统中，你只要注意使掩码之间不产 生重叠就行。
BOOLEAN BmpFileDecoder::DecodeRowBy32Bit(Vector
{
UINT32 bytes_read=0;
INT rowbytes = width*4;
UINT32* row_buffer = new UINT32[width];
if(row_buffer == NULL)
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
UINT32 file_counter = 0;
GetOffBits(file_counter);
file_counter += (row*rowbytes);
//read row
if(!m_gw_filemanage->ReadFile(m_folder_type,m_filename,row_buffer,file_counter,rowbytes,bytes_read,m_device_id))
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
//add pels
BICompressionType bicompressiontype;
GetBICompressionType( bicompressiontype);
if(BI_RGB == bicompressiontype)
{
for(INT n=0;n
{
UINT32 tmp=0;
tmp = row_buffer[n]&0x000000FF;
BYTE b=tmp;
tmp = row_buffer[n]&0x0000FF00;
BYTE g=tmp>>8;
tmp = row_buffer[n]&0x00FF0000;
BYTE r=tmp>>16;
row_color_vec.PushBack(Color(r,g,b));
}
}
else
{
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return false;
}
delete[] row_buffer;
row_buffer = 0;
return true;
}