bmp位图格式详细介绍-1/4/8/16/24/32bit、存储格式等

目录
一、概述
二、.bmp格式文件详解
 2.1 位图文件头
 2.2 位图信息头
 2.3 调色板
 2.4 位图数据
三、位图的其他知识
 3.1 压缩的位图

---

一、概述

bmp是英文Bitmap（位图）的简写，它是Windows操作系统中的标准图像文件格式，随着windows的流行，bmp位图格式被广泛应用。

位图按照是否与设备相关分类可以分为：设备相关位图DDB(device-dependent bitmap）、设备无关位图DIB(device-independent bitmap）。

按照像素深度分类可以分为：1bit位图(2色)、4bit位图(16色)、8bit位图(256色)、16bit位图(65536色-高彩色)、24bit位图(1670万色-真彩色)、32bit位图(1670万色-增强型真彩色)。

二、.bmp格式文件详解

.bmp位图文件由四个部分组成：

• 位图文件头（bitmap-file header）
• 位图信息头（bitmap-information header）
• 调色板（color table）
• 位图数据（图像数据，Data Bits 或Data Body)阵列

下面对文件结构的这几个部分进行详细的介绍。
本节举例说明的位图是100*100的4bit位图，在windows查看其属性如下：

2.1 位图文件头

Windows BMP位图文件头共14个字节，包含了文件类型标志、文件大小等信息，定义的结构体也比较，详细说明如下：

• 结构体：

typedef struct BITMAPFILEHEADER /* size: 40 */
{
   unsigned short bfType;	// 文件的类型，该值必需是0x4D42，也就是字符'BM'。
   unsigned long  bfSize;	// 位图文件的大小，用字节为单位
   unsigned short bfReserved1;// 保留，必须设置为0
   unsigned short bfReserved2;// 保留，必须设置为0
   unsigned long  bfOffBits;// 位图数据距离文件开头偏移量，用字节为单位
} BITMAPFILEHEADER;

• 结构体字段详细说明：
  
• 位图文件举例
  
  上图是100*100的4bit位图文件使用十六进制查看的截图。结合前面的结构体说明，
  第0-1的2个字节是0x4d42(红色框)，表示这是.bmp文件；
  第2-5的4个字节数值为0x14c8(绿色框)，换算十进制为5320，说明图片大小为5320字节，与前面的位图属性大小对应上；
  第6-9的4个字节都是保留的，且必须填0；
  第a-d的4个字节数值为0x76，换算十进制为118，说明位图数据距离文件起始位置118个字节，其实就是位图文件头(14字节)、位图信息头(40字节)、调色板(16色*4=64字节)三个部分占用的字节数。

2.2 位图信息头

Windows BMP位图信息头共40个字节，包含了文件类型标志、文件大小等信息，定义的结构体也比较，详细说明如下：

• 结构体

typedef struct WINBMPINFOHEADER  /* size: 40 */
{
   unsigned long  biSize;		// BITMAPINFOHEADER结构所需要的字数
   unsigned long  biWidth;		// 图像宽度，单位为像素
   unsigned long  biHeight;		// 图像高度，单位为像素，负数，则说明图像是正向的
   unsigned short biPlanes;		// 为目标设备说明位面数，其值将总是被设为1
   unsigned short biBitCount;	// 一个像素占用的bit位，值位1、4、8、16、24、32
   unsigned long  biCompression;// 压缩类型
   unsigned long  biSizeImage;	// 位图数据的大小，以字节为单位
   unsigned long  biXPelsPerMeter;// 水平分辨率，单位 像素/米
   unsigned long  biYPelsPerMeter;// 垂直分辨率，单位 像素/米
   unsigned long  biClrUsed;	// 
   unsigned long  biClrImportant;// 
} WINBMPINFOHEADER;

• 结构体字段详细说明：
  
• 位图文件举例
  
  第0xe-0x11的4个字节(红色框)：数值为0x28，十进制为40，表示位图信息头为40字节；
  第0x12-0x15的4个字节和0x16-0x19的四个字节(橙色框)：数值为0x64，十进制为100，表示宽高为100像素，与前面的位图属性宽度、高度对应；
  第0x1a-0x1b的2个字节(紫色框)：数值为1；
  第0x1c-0x1d的2个字节(紫色框)：数值为4，表示每个像素4bit，与前面的位图属性位深度对应；
  第0x1e-0x21的4个字节(浅蓝色框)：数值位0，表示不压缩；
  第0x22-0x25的4个字节(绿色框)：数值为0x1452，十进制为5202，表示位图数据的大小为5202字节，加上前面位图文件头、位图信息头、调色板的118字节，刚好等于文件大小5320字节；
  第0x26-0x29的4个字节和0x2a-0x2d的4个字节(蓝色框)：数值0x0b12，十进制数2834；
  第0x2e-0x31的4个字节和0x32-0x35的4个字节(灰色框)：数值0；

2.3 调色板

调色板是为了让一些颜色深度比较小(1bit、4bit、8bit)的位图可以表示颜色而设置的。调色板存储颜色，后面的位图数据存储颜色索引，这样调色板+位图数据就可以表示颜色了。需要注意的是，16bit、24bit、32bit的位图一般没有调色板，因为从16bit开始就直接使用位图数据表示颜色了。

调色板可以理解为一个颜色数组，数组的每个元素就是一个4字节的argb值，数组大小由位图的颜色深度决定：1bit位图的调色板有2个颜色（2x4=8字节）、4bit位图的调色板有16个颜色（16x4=64字节）、8bit位图的调色板有256个颜色（256x4=1024字节），整个调色板大小就是对应的颜色个数乘以4。

调色板数据大小 = 位图文件头的bfOffBits数值 - 位图文件头大小 - 位图信息头大小；

• 位图文件举例
  
  上图红色框内的数据是4bit位图的调色板，总共有16个颜色：0x00000000、0x00111111、0x00222222、0x00333333、0x00444444、0x00555555、0x00666666、0x00777777、0x00888888、0x00999999、0x00aaaaaa、0x00bbbbbb、0x00cccccc、0x00dddddd、0x00eeeeee、0x00ffffff；数据大小等于0x76-54个字节。下面看一下1bit的位图数据：
  
  上图红色框内的数据1bit的调色板，总共有2个颜色：0x00ffffff、0x00000000，数据大小等于0x3e-54个字节。

2.4 位图数据

位图数据分两种情况，如果带调色板，则位图数据存放的是调色板的颜色索引，如果不带调色板，则位图数据存放实际的argb值。另外，由于Windows默认的扫描的最小单位是4字节，BMP图像顺应了这个要求，要求每行的数据的长度必须是4的倍数，如果不够需要进行比特填充，填充的值有可能是乱码。

4对齐的计算，以上面的位图文件举例：
①每个像素4bit，每行100个像素(宽为100)，也就是每行400bit，等于50个字节，要求每行是4的倍数，所以每行需要补2个字节才是4的倍数，也就是每行52个字节；
②总共100行(高为100)，所以位图数据就是52x100=5200字节；
③再加上前面三部分是118字节，总共是5318字节，由于5318不是4对齐的数，又要补2个字节使之4对齐，所以这个文件就是5320字节。

下图是4bit带调色板位图数据，每4个bit表示一个颜色索引，这里每4bit的值都是f，表示用调色板的第15个颜色来填充每个像素。另外，可以看到最下面一行有两个字节数值是0x22，这就是4对齐补充的第51、52字节。

三、位图的其他知识

3.1 压缩的位图

压缩的位图是指位图数据进行过压缩的位图，其压缩类型存储在位图信息头的biCompression字段，下面简单介绍一下是怎样压缩位图数据的。
BI_RGB：不压缩
BI_REL8：采用8比特游程编码压缩位图数据
BI_REL4：采用4比特游程编码压缩位图数据

3.1.1 游程编码

游程编码，也叫行程编码，英文名称是：Run Length Encoding，简称RLE。
其编码原理是：将数据中连续出现n次的数据a，使用na来表示。

举例：
如果有下面一段数据，由5个1，4个2，7个3组成,1111122223333333
使用游程编码表示为514273，51表示5个1，42表示4个2，73表示7个3
这样就把16个数字压缩成6个数字了。

3.1.2 位图游程编码

位图游程编码主要有两种：针对4bit位图的BI_REL4，针对8bit位图的BI_REL8。

位图游程编码的编码方式：
1、每两个字节组成一个信息单元；
2、如果第一个字节大于0，则表示相连的像素的个数；第二个字节表示这些像素的值（调色板的索引）。
3、如果第二个字节等于0，则第二个字节可能有三种取值：0、1、2
 3.1、第二个字节值为0，表示行结束
 3.2、第二个字节值为1，表示位图结束
 3.3、第二个字节值为2，表示像素位置增量，之后的一个信息单元(2字节)指明了下个像素相对于当前像素的增量。

举例：下图是100x100的BI_REL4压缩的4bit位图数据，图中红色框的两个0x64表示宽高都为100，第0x1e位的4个字节为0x2，表示压缩方式为BI_REL4。
从0x76(图中蓝色框)开始是位图数据，第一个字节是0，第二个字节是2，表示位置增量；第三个字节为a(十进制为 10)，表示下个像素是在当前像素的10个像素之后；第四个字节0没有任意含义，可能是为了对齐。
从0x7a(图中紫色框)开始的0x0aff是一个信息单元，第一个字节表示0x0a(十进制为 10)的连续的像素，第二个字节表示这10个像素的值都为f。
接下去的一个信息单元0xa0

参考：
https://share.blog.csdn.net/article/details/1414661