【学习总结】BMP格式

BMP格式详解

BMP（Bitmap-File）位图文件是Windows采用的图形文件格式，在Windows环境下运行的所有图像处理软件都支持BMP
图像文件格式。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：BMP图像件格式与显示设备有关，因此把这种BMP图像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：BMP图像文件与显示设备无关，因此把这种BMP图像文件格式称为设备无关位图DIB
（device-independent bitmap）文件格式。

注：Windows 3.0以后，在系统中仍然存在DDB位图，像BitBlt()这种函数就是基于DDB位图的，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）。

1.1 BMP格式结构

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：
◆ 位图文件头(bmp file header)： 提供文件的格式、大小等信息
◆ 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
◆ 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
◆ 位图数据(bitmap data)：图像数据。

数据段名称	大小（byte）	开始地址	结束地址
位图文件头(bitmap-file header)	14	0000h	000Dh
位图信息头(bitmap-information header)	40	000Eh	0035h
调色板(color table)	由biBitCount决定	0036h	未知
图片点阵数据(bitmap data)	由图片大小和颜色定	未知	未知

在BMP文件中，如果一个数据需要用几个字节来表示的话，那么该数据的存放字节顺序为“低地址存放低位数据，高地址存放
高位数据”。如 0x1756在内存中的存储顺序为：

这种存储方式称为小端方式（little endian），与之相反的是大端方式（big endian）。

BMP格式比较简单，它只包含两个重要参数：编码格式（Encoding）和像素位数（bpp, bit-per-pixel）。到目前为止，BMP格式
所支持的所有像素位数与编码格式的组合如下：

序号	像素位数（bpp）	编码格式（Encoding）
1	1	bit
2	4	bgr(blue-green-red)
3	4	rle(run-length encode)
4	8	bgr
5	8	rle
6	grayscale	bgr
7	grayscale	rle
8	16	bgr
9	16	bitfields-555
10	16	bitfields-565
11	16	bitfields-customized
12	24	bgr
13	32	bgr
14	32	bitfields-888
15	32	bitfields-customized

其中24bpp称为真彩（true-color）图像，应用最为广泛。16bpp的bmp图像拥有存储空间小，解析速度快，仿真彩效果好等特点，
经常出现在游戏软件中。grayscale（灰度）图像其实是8bpp的一种情况。

1.2 BMP文件头

BMP文件结构体定义如下：

typedef struct tagBITMAPFILEHEARER
{
   
	UINT16 bfType;	//2Bytes,必须为“BM”，即0x424D 才是Windows位图文件
	DWORD bfSize;	//4Bytes,整个BMP文件的大小
	UINT16 bfReserved1;	//2Bytes,保留，为0
	UINT16 bfReserved2;	//2Bytes,保留，为0
	DWORD bfOffBits;	//4Bytes,文件起始位置到图像像素数据的字节偏移量
}BITMAPFILEHEADER;

变量名	地址偏移	大小	作用说明
bfType	0000h	2Bytes	文件标识符，必须为“BM”，即0x424D才是Windows位图文件 ’BM’：Windows 3.1x，95，NT，…
bfSize	0002h	4Bytes	整个BMP文件的大小（以位B位单位）。
bfReserved1	0006h	2Bytes	保留，必须设置为0。
bfReserved2	0008h	2Bytes	保留，必须设置为0。
bfOffBits	000Ah	4Bytes	说明从文件头0000h开始到图像像素数据的字节偏移量（以字节Bytes为单位）， 调色板长度根据位图格式不同而变化，

可以用这个偏移量快速从文件中读取图像数据。

1.3 BMP信息头

BMP信息头结构体定义如下：

typedef struct _tagBMP_INFOHEADER
{
   
	DWORD  biSize;    			//4Bytes，INFOHEADER结构体大小，存在其他版本INFOHEADER，用作区分
	LONG   biWidth;    			//4Bytes，图像宽度（以像素为单位）
	LONG   biHeight;    		//4Bytes，图像高度，+：图像存储顺序为Bottom2Top，-：Top2Bottom
	WORD   biPlanes;    		//2Bytes，图像数据平面，BMP存储RGB数据，因此总为1
	WORD   biBitCount;         	//2Bytes，图像像素位数
	DWORD  biCompression;     	//4Bytes，0：不压缩，1：RLE8，2：RLE4
	DWORD  biSizeImage;       	//4Bytes，4字节对齐的图像数据大小
	LONG   biXPelsPerMeter;   	//4Bytes，用象素/米表示的水平分辨率
	LONG   biYPelsPerMeter;   	//4Bytes，用象素/米表示的垂直分辨率
	DWORD  biClrUsed;          	//4Bytes，实际使用的调色板索引数，0：使用所有的调色板索引
	DWORD biClrImportant;     	//4Bytes，重要的调色板索引数，0：所有的调色板索引都重要
}BMP_INFOHEADER;

变量名	地址偏移	大小	作用说明
biSize	000Eh	4Bytes	BMP信息头即BMP_INFOHEADER结构体所需要的字节数（以字节为单位）。
biWidth	0012h	4Bytes	图像的宽度（以像素为单位）。
biHeight	0016h	4Bytes	图像的高度（以像素为单位）。 还有一个用处，指明图像是正向的位图还是倒向的位图， 值是正数说明图像是倒向的即图像存储是由下到上； 值是负数说明图像是倒向的即图像存储是由上到下。 大多数BMP位图是倒向的位图，所以此值是正值。
biPlanes	001Ah	2Bytes	为目标设备说明位面数，其值总设置为1。
biBitCount	001Ch	2Bytes	说明一个像素点占几位（以比特位/像素为单位），其值可为1,4,8,16,24或32。
biCompression	001Eh	4Bytes	说明图像数据的压缩类型，取值范围为： 0 BI_RGB 不压缩（最常用） 1 BI_RLE8 8比特游程编码（BLE），只用于8位位图 2 BI_RLE4 4比特游程编码（BLE），只用于4位位图 3 BI_BITFIELDS比特域（BLE），只用于16/32位位图
biSizeImage	0022h	4Bytes	说明图像的大小，以字节为单位。当用BI_RGB格式时，总设置为0
biXPelsPerMeter	0026h	4Bytes	说明水平分辨率，用像素/米表示，有符号整数。
biYPelsPerMeter	002Ah	4Bytes	说明垂直分辨率，用像素/米表示，有符号整数。
biClrUsed	002Eh	4Bytes	说明位图实际使用的调色板索引数，0：使用所有的调色板索引。
biClrImportant	0032h	4Bytes	说明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。

1.4 BMP调色板

BMP调色板结构体定义如下：

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。N为256。

索引：(蓝，绿，红，Alpha)

说明：使用调色板是为了减少文件的存储大小，如果其索引需要的位数和直接存储一样没有什么减少，那么也就没有必要使用调
色板；调色板最多只需要256项，因此，8位以上则不需要调色板。

1，4，8位图像才会使用调色板数据，16,24,32位图像不需要调色板数据，即调色板最多只需要256项（索引0 - 255）。
颜色表的大小根据所使用的颜色模式而定：2色图像为8字节；16色图像位64字节；256色图像为1024字节。
其中，每4字节表示一种颜色，并以B（蓝色）、G（绿色）、R（红色）、alpha（32位位图的透明度值，一般不需要）。
即首先4字节表