1、BMP 文件结构的探索WhatIf 2004-9-10一、文件格式Bmp 文件是非常常用的位图文件，无论是游戏还是其他都被广泛使用。针对 bmp 文件的处理也有一堆现成的 api 进行调用，然而文件内部究竟怎样，如何自己来解析这样的文件呢？为了消除无聊，我用了几天时间来研究了一下，同时作为学习笔记，进行记录。首先，整个 bmp 文件的内容可以分为 3 到 4 块。之所以分为 3 到 4 块而不是固定的值，是因为，对于 bmp 来说可能存在调色板或者一些掩码。具体稍候讨论。第一块是 bmp 的文件头用于描述整个 bmp 文件的情况。结构如下：typedef struct tagBITMAPFIL
2、EHEADER WORD bfType; DWORD bfSize; WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;这些信息相当有用，如果你想直接来解析 bmp 文件。第一个 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。第二个 bfSize 表示整个文件的字节数。第三第四个 则保留，目前无意义，最后一个相当重要，表示，位图的数据信息离文件头的偏移量，以字节为单位。第二块是位图信息头，即 BITMA
3、PINFOHEADER，用于描述整个位图文件的情况。以下挑重要的数据进行解释typedef struct tagBITMAPINFOHEADERDWORD 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 ,由于没有用过所以 没做研究 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
4、 24 32 本文没对 1 4 进行研究DWORD biCompression; /本以为压缩类型，但是却另外有作用，稍候解释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;第三块就是调色板信息或者掩码部分，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。最后
5、一块就是位图的数据实体。以上文件信息可以在任意一篇 bmp 文件结构的文章中找到描述，所以本文只是稍微带过。二、4 字节对其问题关于数据读取。Bmp 文件有个重要特性，那就是对于数据区域而言，每行的数据它必须凑满 4 字节，如果没有满，则用冗余的数据来补齐。这个特性直接影响到我们读取位图数据的方法，因为在我们看来 （x,y）的数据应该在 y*width+x 这样的位置上 但是因为会有冗余信息 那么必须将 width 用 width该行的冗余量来处理，而由于位图文件有不同的位数，所以这样的计算也不尽相同。下面列出计算偏移量的一般公式。首先将位图信息读入一个 UCHAR 的 buffer 中 ：8
6、 位：int pitch;if(width%4=0)pitch=width;elsepitch=width+4-width%4;index=buffery*pitch+x; 因为 8位位图的数据区域存放的是调色板索引值，所以只需读取这个 index16位int pitch=width+width%2;buffer(y*pitch+x)*2 buffer(i*pitch+j)*21两个 UCHAR内，存放的是(x,y)处的颜色信息24位int pitch=width%4;buffer(y*width+x)*3+y*pitch;buffer(y*width+x)*3+y*pitch+1;buffe
7、r(y*width+x)*3+y*pitch+2;32位由于一个象素就是4字节 所以无需补齐虽然计算比较繁琐，但是这些计算是必须的，否则当你的位图每行的象素数不是4的倍数，那么y*width+x带给你的是一个扭曲的图片，当然如果你想做这样的旋转，也不错啊，至少我因为一开始没有考虑（不知道这个特性） 让一个每行象素少1字节的16位图片变成了扭曲的菱形。三、有了数据分离RGB分量。由于我的测试代码用了GDI，所以我必须讲得到的某一个点的值 分离成 24位模式下的RGB分离，这不是一件容易的工作。位图麻烦的地方之一就是他的格式太多，所以我们还是要分格式再讨论。8位通过第二部分提到的操作我们得到了一个
8、index，这个值的范围是0255 一共256个 正好是调色板的颜色数量。在8位bmp图片中 数据信息前256个RGBQUAD的大小开始就是调色板的信息。不过如果要组织成调色板还要一定的转换 因为里面是RGBQUAD信息 r b 两个与调色板中的顺序是颠倒的。因为我不需要调色板设置所以我字节读取到RGBQUAD数组中，并且通过下面的表达式获取RGB值：UCHAR r=quadindex.rgbRed;UCHAR g=quadindex.rgbGreen;UCHAR b=quadindex.rgbBlue;16位这是最麻烦的一个。因为在处理时有555 565 两种格式的区别，而且还有所谓压缩类型
9、的区别。之前的bitmapinfoheader里面提到一个biCompression现在我们分两种情况讨论：BI_RGB和BI_BITFIELDS当他等于BI_RGB时 只有555 这种格式，所以可以放心大胆的进行如下的数据分离：UCHAR b=buffer(i*pitch+j)*2UCHAR g=(buffer(i*pitch+j)*2+13)+(buffer(i*pitch+j)*25);UCHAR r=(buffer(i*pitch+j)*2+13;希望不要被这个表达式折磨的眼花缭乱，我想既然你在看这篇文章，你就有能力阅读这样的代码，否则只能说你还没有到阅读这方面的地步，需要去学习基础的
10、语法了。有一点值得提醒的是由于有较多的位操作 ，所以在处理的时候在前一次操作的上面加上一对括号，我就曾经因为没有加而导致出现误差，另外虽然buffer中一个元素代表的是一个UCHAR 但是右移操作会自动增长为两字节 所以需要在进行一次与操作截取低位的1字节数据。现在讨论BI_BITFIELDS。这个模式下 既可以有555 也可以有565 。555 格式 xrrrrrgggggbbbbb565 格式 rrrrrggggggbbbbb显然不同的格式处理不同，所以我们要首先判断处到底属于那种格式。Bitmapinfoheader的biCompression为BI_BITFIELDS时，在位图数据区域
11、前存在一个RGB掩码的描述 是3个DWORD值，我们只需要读取其中的R或者G的掩码，来判断是那种格式。以红色掩码为例 0111110000000000的时候就是555格式 1111100000000000就是565格式。以下是565格式时的数据分离：UCHAR b=buffer(i*pitch+j)*2UCHAR g=(buffer(i*pitch+j)*2+12)+(buffer(i*pitch+j)*25);UCHAR r=buffer(i*pitch+j)*2+13;现在我们得到了RGB各自的分量，但是还有一个新的问题，那就是由于两字节表示了3个颜色 555下每个颜色最多到0x1F 56
12、5格式下最大的绿色分量也就0x3F。所以我们需要一个转换 color=color*255/最大颜色数 即可如565下RGB(r*0xFF/0x1F,g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F)24位UCHAR b=buffer(i*width+j)*3+realPitch;UCHAR g=buffer(i*width+j)*3+1+realPitch;UCHAR r=buffer(i*width+j)*3+2+realPitch;32位UCHAR b=buffer(i*width+j)*4;UCHAR g=buffer(i*width+j)*4+1;UCHAR r=buffer(i*wid
13、th+j)*4+2;四、剩余的问题当数据取到了，颜色也分离出来了 ，但是可能你绘出的位图是倒转的，这是因为有些位图的确是翻转的。通过bitmapinfoheader的biHeight可以判断是正常还是翻转，当biHeight0的时候颠倒，它小于0的时候正常，不过测试写到现在看到的文件都是颠倒过来的。五、相关测试代码：采用MFC 目的只是实现自行解析位图文件void CBmpTestView:OnDraw(CDC* pDC)CBmpTestDoc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);/ TODO: 在此处为本机数据添加绘制代码if(filename=
14、“)return;FILE *fp=fopen(filename,“r“);if(fp=NULL)pDC-TextOut(100,200,“no file found“);return;BITMAPFILEHEADER fileheader;BITMAPINFO info;fread(if(fileheader.bfType!=0x4D42)pDC-TextOut(100,200,“无位图文件 请选择位图文件“);fclose(fp);return ;fread(long width=info.bmiHeader.biWidth;long height=info.bmiHeader.biHei
15、ght;UCHAR *buffer=new UCHARinfo.bmiHeader.biSizeImage;fseek(fp,fileheader.bfOffBits,0);fread(buffer,info.bmiHeader.biSizeImage,1,fp);if(info.bmiHeader.biBitCount=8)int pitch;if(width%4=0)pitch=width;elsepitch=width+4-width%4;RGBQUAD quad256;fseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(RGBQUAD)*256,0);fread(
16、quad,sizeof(RGBQUAD)*256,1,fp);if(height0)/height0 表示图片颠倒for(int i=0;iSetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b);elsefor(int i=0;iSetPixel(j,i,RGB(r,g,b);else if(info.bmiHeader.biBitCount=16)int pitch=width+width%2;if(height0)/height0 表示图片颠倒if(info.bmiHeader.biCompression=BI_RGB)/该模式只有555for(int i=0;i3)+(buffer
17、(i*pitch+j)*25);UCHAR r=(buffer(i*pitch+j)*2+13;pDC-SetPixel(j,height-i,RGB(r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F);else if(info.bmiHeader.biCompression=BI_BITFIELDS)/该模式在bitmapinfoheader之后存在RGB掩码 每个掩码1 DWORDfseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(DWORD )*3,0);DWORD rMask;fread(if(rMask=0x7C00)/ 5 5
18、5 格式MessageBeep(0);for(int i=0;i3)+(buffer(i*pitch+j)*25);UCHAR r=(buffer(i*pitch+j)*2+13;pDC-SetPixel(j,height-i,RGB(r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F);else if(rMask=0xF800)/5 6 5 格式for(int i=0;i2)+(buffer(i*pitch+j)*25);UCHAR r=buffer(i*pitch+j)*2+13;pDC-SetPixel(j,height-i,RGB(r*0xFF/0x1F,
19、g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F);elseif(info.bmiHeader.biCompression=BI_RGB)/该模式只有555for(int i=0;i3)+(buffer(i*pitch+j)*25);UCHAR r=(buffer(i*pitch+j)*2+13;pDC-SetPixel(j,i,RGB(r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F);else if(info.bmiHeader.biCompression=BI_BITFIELDS)/该模式在bitmapinfoheader之后存在RGB掩码 每个掩码1 DW
20、ORDfseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(DWORD )*3,0);DWORD rMask;fread(if(rMask=0x7C00)/ 5 5 5 格式MessageBeep(0);for(int i=0;i3)+(buffer(i*pitch+j)*25);UCHAR r=(buffer(i*pitch+j)*2+13;pDC-SetPixel(j,i,RGB(r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F);else if(rMask=0xF800)/5 6 5 格式for(int i=0;i2)+(buffer(
21、i*pitch+j)*25);UCHAR r=buffer(i*pitch+j)*2+13;pDC-SetPixel(j,i,RGB(r*0xFF/0x1F,g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F);/pDC-TextOut(100,200,“16位图“);else if(info.bmiHeader.biBitCount=24)int pitch=width%4;/b g rif(height0)/height0 表示图片颠倒for(int i=0;iSetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b);elsefor(int i=0;iSetPixel(j,i,RGB(r,g,b);/pDC-TextOut(100,200,“24位图“);else if(info.bmiHeader.biBitCount=32)/ b g r aif(height0)/height0 表示图片颠倒for(int i=0;iSetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b);elsefor(int i=0;iSetPixel(j,i,RGB(r,g,b);/pDC-TextOut(100,200,“32位图“);delete buffer;fclose(fp);
