C++中DDB与DIB位图 与 BMP文件格式

 

1. 基本概念

　　先来用通俗的语句讲解位图和调色板的概念。

　　我们知道，自然界中的所有颜色都可以由红、绿、蓝(R，G，B)三基色组合而成。针对含有红、绿、蓝色成分的多少，可以对其分别分成0～255个等级，而红、绿、蓝的不同组合共有256×256×256种，因此约能表示1600万种颜色。对于人眼而言，这已经是"真彩色"了。

　　对每个像素进行了（R，G，B）量化的图像就是位图，其在计算机中对应文件的扩展名一般为.bmp。既然用R，G，B的量化值就可以直接记录一张位图的所有像素，那我们需要调色板干什么呢？

　　首先，我们可以计算完全利用（R，G，B）组合来存储一个800×600的位图所需要的空间为：

800×600×3 = 1440000（字节）＝ 1.37M（字节）

　　惊人的大！因此，调色板横空出世了，它的功能在于缓解位图文件存储空间过大的问题。

　　假设一个位图为16色，其像素总数为800×600。我们只需要用4个bit就可以存储这个位图的每个像素在16种颜色中所处的等级，然后调色板提供了这16种等级对应的（R，G，B）值，这样，存储这个16色位图只需要：

800×600×4/8 = 240000（字节）= 0.22 M（字节）

　　额外的存储R，G，B表的开销（即调色板Palette，也称为颜色查找表LUT）仅仅为16×3＝48字节。

　　存储空间被大为减少！

　　常见的位图有单色、16色、256色、16位及24位真彩色5种，对于前三者（即不大于256色）都可以调色板方式进行存储，而对16位及24位真彩色以调色板进行存储是不划算的，它们直接按照R，G，B分量进行存储。

　　在此基础上我们来分析DDB位图（Device-dependent bitmap，与设备相关的位图）与DIB位图（Device-independent bitmap，与设备无关的位图）的概念以及二者的区别。

　　DDB依赖于具体设备，它只能存在于内存中（视频内存或系统内存），其颜色模式必须与特定的输出设备相一致，使用系统调色板。一般只能载入色彩较简单的DDB位图，对于颜色较丰富的位图，需使用DIB才能长期保存。

　　DIB不依赖于具体设备，可以用来永久性地保存图象。DIB一般是以*.BMP文件的形式保存在磁盘中的，有时也会保存在*.DIB文件中。 DIB位图的特点是将颜色信息储存在位图文件自身的颜色表中，应用程序要根据此颜色表为DIB创建逻辑调色板。因此，在输出一幅DIB位图之前，程序应该将其逻辑调色板选入到相关的设备上下文并实现到系统调色板中。

 

可能用到的C/C++字节处理方法：

// __attribute__ ((packed))取消结构在编译过程中的优化对齐；按照实际占用字节数进行对齐。

// __attribute((aligned (n)))，让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。

// 如果结构中有成员的长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。

使用伪指令#pragma pack (n)，C编译器将按照n个字节对齐。
 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。

一.位图结构如下： 

 
---- 一、BMP文件结构 
 
 
---- 1. BMP文件组成 
 
---- BMP文件由文件头、位图信息头、颜色信息和图形数据四部分组成。 
 
 
---- 2. BMP文件头 
 
---- 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: 

cpp代码

1. typedef struct tagBITMAPFILEHEADER  
2. {  
3. WORD bfType;   // 位图文件的类型，必须为BM  
4. DWORD   bfSize;   // 位图文件的大小，以字节为单位  
5. WORD bfReserved1;  // 位图文件保留字，必须为0  
6. WORD bfReserved2;  // 位图文件保留字，必须为0  
7. DWORD   bfOffBits; // 位图数据的起始位置，以相对于位图  
8. // 文件头的偏移量表示，以字节为单位  
9. } BITMAPFILEHEADER;  

 
---- 3. 位图信息头 
 
BMP位图信息头数据用于说明位图的尺寸等信息。

cpp代码 

1. typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{  
2.    DWORD  biSize;   // 本结构所占用字节数  
3.    LONG biWidth;  // 位图的宽度，以像素为单位  
4.    LONG biHeight; // 位图的高度，以像素为单位  
5.    WORD   biPlanes; // 目标设备的级别，必须为1  
6.    WORD   biBitCount// 每个像素所需的位数，必须是1(双色),  
7.   // 4(16色)，8(256色)或24(真彩色)之一  
8.    DWORD  biCompression;   // 位图压缩类型，必须是 0(不压缩),  
9.   // 1(BI_RLE8压缩类型)或2(BI_RLE4压缩类型)之一  
10.    DWORD  biSizeImage; // 位图的大小，以字节为单位  
11.    LONG biXPelsPerMeter; // 位图水平分辨率，每米像素数  
12.    LONG biYPelsPerMeter;  // 位图垂直分辨率，每米像素数  
13.    DWORD  biClrUsed;// 位图实际使用的颜色表中的颜色数  
14.    DWORD  biClrImportant;// 位图显示过程中重要的颜色数  
15. } BITMAPINFOHEADER;  

 
---- 4. 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: 

cpp代码 

1. typedef struct tagRGBQUAD {  
2. BYTE rgbBlue;// 蓝色的亮度(值范围为0-255)  
3. BYTE rgbGreen;   // 绿色的亮度(值范围为0-255)  
4. BYTE rgbRed; // 红色的亮度(值范围为0-255)  
5. BYTE rgbReserved;// 保留，必须为0  
6. } RGBQUAD;  

 
颜色表中RGBQUAD结构数据的个数由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: 

cpp代码 

1. typedef struct tagBITMAPINFO {  
2.    BITMAPINFOHEADER bmiHeader;   // 位图信息头  
3.    RGBQUAD  bmiColors[1];  // 颜色表  
4. } BITMAPINFO;  

 
---- 5. 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。

 

一个扫描行所占的字节数计算方法: DataSizePerLine= (biWidth* biBitCount+31)/8;

 

一个扫描行所占的字节数 DataSizePerLine= DataSizePerLine/4*4; // 字节数必须是4的倍数

 

位图数据的大小(不压缩情况下): DataSize= DataSizePerLine* biHeight;

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