BMP文件解析_图片分析

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BMP文件简介

BMP(全称Bitmap)是Window操作系统中的标准图像文件格式，可以分成两类：设备相关位图(DDB)和设备无关位图(DIB)，使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit、16bit、24bit或者32bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。

BMP文件结构

BMP文件一般由四部分组成：
1、文件头
2、文件信息头
3、调色板（不一定有）
4、位图数据
调色板不是必须的，只有在单色位图、16色位图、256色位图中才有，也是位图深度为1bit、4bit、8bit的位图才有调色板。关于BMP文件的定义，在windows.h这个头文件中都有描述，一般来说，一个BMP文件用C语言代码可以这样表示：

struct BMP
{
    BITMAPFILEHEADER fileHeader;    //文件头
    BITMAPINFOHEADER infoHeader;    //文件信息头
    PALETTEENTRY     palette[n];    //调色板信息,n为颜色数目
    byte *pixels;                   //像素数据指针
};

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下面将对BMP文件给出详细的解析

1、BMP文件头

BMP文件头在Windows.h中被声明为：BITMAPFILEHEADER。该结构完整的声明如下：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
        WORD    bfType;
        DWORD   bfSize;
        WORD    bfReserved1;
        WORD    bfReserved2;
        DWORD   bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER, FAR *LPBITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;

bfType：两个字节，表示文件的类型，该值一般是0x4D42，也就是‘BM’。
bfSize : 四个字节，说明文件的大小，以字节为单位。文件总的大小=文件头字节数+信息头的字节数+调色板字节数+像素数据字节数。
bfReserved1：保留数据，一般为0。
bfReserved2：保留数据，一般为0。
bfOffBits：文件头到像素数据之间的字节偏移量，用来定位像素数据。这个参数非常有用，因为位图信息头和调色板的长度会根据不同的情况而有所变化，利用这个偏移量可以迅速读取到像素数据。其大小一般是：偏移量=文件头字节数+文件信息头字节数+调色板字节数。

2、位图信息头

BMP信息头在windows.h中被声明为：BITMAPINFOHEADER 。该结构完整的声明如下：

    typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
        DWORD      biSize;
        LONG       biWidth;
        LONG       biHeight;
        WORD       biPlanes;
        WORD       biBitCount;
        DWORD      biCompression;
        DWORD      biSizeImage;
        LONG       biXPelsPerMeter;
        LONG       biYPelsPerMeter;
        DWORD      biClrUsed;
        DWORD      biClrImportant;
    } BITMAPINFOHEADER, FAR *LPBITMAPINFOHEADER, *PBITMAPINFOHEADER;

biSize：4字节，说明BITMAPINFOHEADER结构所需的字节数，数值为sizeof(BITMAPINFOHEADER)，一般是40字节，但也可能不是，具体要看系统。
biWidth：4个字节，说明图像的宽度，以像素为单位。
biHeight：4个字节，说明图像的高度，以像素为单位。该值除了指示位图的高度之外，还可指示图像的方向：当该值为正数时，位图是倒向的，当该值为负数时，位图是正向的。一般位图都是倒向的，也就是该值一般是正数。
biPlanes：2个字节，说明图像的位面数，一般就是1；
biBitCount：2个字节，说明每个像素所具有的比特数。该值可以是1、4、8、16、24、32，一般来说，使用24色的位图，该值就是24。
biCompression：4个字节，说明图像数据的压缩类型，其中：BI_RGB表示无压缩；BI_RLE8表示每个像素8比特的RLE压缩编码，压缩格式由2字节组成（重复像素计数和颜色索引）；BI_RLE4表示每个像素4比特的RLE压缩编码，压缩格式由2字节组成；BI_BITFIELDS：每个像素的比特由指定的掩码决定；BI_JPEG：JPEG格式。
biSizeImage：4个字节，说明图像的大小，以字节为单位，必须是4的倍数，当使用BI_RGB格式时，该值可以为0。
biXPelsPerMeter：4个字节，水平分辨率，用像素/米表示，不知道就设为0。
biYPelsPerMeter：4个字节，垂直分辨率，用像素/米表示，不知道就设为0。
biClrUsed：4字节，说明位图实际使用的彩色表中颜色索引数，采用索引色时会用到，如果采用无压缩的RGB格式，这个值可以是0。
biClrImportant：4个字节，说明对图像显示有重要影响的颜色索引数目，为0则表示都很重要。

3、调色板

调色板的目的是建立一个颜色索引，从而节省存储空间。在调色板中，保存着位图用到的所有颜色，而位图数据部分储存的是颜色的索引，读取bmp文件的像素数据时，通过索引找到相对应的颜色。调色板不一定会有，像16位色、24位色和32位色的位图就没有调色板。调色板是一个RGBQUAD类型的的数组，数组的大小跟颜色数目有关。RGBQUAD结构体在windows.h中的定义如下：

typedef struct tagRGBQUAD {
        BYTE    rgbBlue;
        BYTE    rgbGreen;
        BYTE    rgbRed;
        BYTE    rgbReserved;
} RGBQUAD

该结构体占用四个字节，前三个表示颜色的三个分量，取值范围是0到255，分别是蓝、绿、红（不是红、绿、蓝），第四个是保留项，一般都是0。调色板一般可这样定义：

RGBQUAD palette[n]；

其中n表示颜色的数目，对于单色位图，颜色数目只有两个，n=2；对于4bit的位图，颜色数是16，n=16；对于8bit的位图，颜色数是256，n=256；而对于16bit、24bit和32bit的位图，由于颜色过多，不适宜使用调色板，因此没有调色板，n=0。由于色彩的需要，现在大多数位图都是24位的真彩色，甚至有32位的。

4、位图数据

位图数据一般可以保存在一个二维的数组里，值得注意的是：
（1）window系统扫描BMP图像时是逐行按每四个字节进行扫描的，也就是说，位图每行的字节长度应该是4的倍数，如果不是4的倍数，要补全，没有像素的地方，用0填充。例如一个16*16的单色位图，它的宽度为16像素，每像素用1bit表示，则每行的字节长度为2字节，但是2字节不是4的倍数，所以要将行的字节数扩充为4字节，这样的话，相当于位图变为32*16大小了。多出的部分只是占个位置，方便系统扫描罢了，不会影响原来的位图显示。
（2）window系统显示位图时，扫描像素数据时时按照B、G、R的顺序来的，而不是R、G、B，因此在填充位图数据时，要注意颜色分量的存储顺序。

C语言代码生成BMP文件

下面用C语言创建BMP文件，该文件可以是单色位图、16色位图、256色位图、16bit位图、24bit位图或者是32bit位图。的位图数据没有经过压缩，调色板的有无根据颜色深度而定。

/*********************************************************************************************************************/
//函数名：SaveBmp
//功能： 将像素数据保存文BMP文件
//参数： 分别为文件名、图片宽度、图片高度、每像素比特数、调色板指针、像素数据指针
//返回值：如果保存成功，返回true,否则为false
//说明： bCount参数可以是1、4、8、16、24、32，crPalette参数是一个指向调色板数组的指针，如果没有调色板，该项可以写NULL。
// bPixels是指向像素数据的指针，该项应该与bCount项相匹配。
/**********************************************************************************************************************/
#include<windows.h>
#include<stdio.h>

bool SaveBmp(const char *fileName, int bWidth, int bHeight, int bCount, RGBQUAD *crPalette, byte *bPixels)
{
    //调色板字节数
    int paletteSize;

    switch (bCount)
    {
    case 1:
        paletteSize = 8;
        break;
    case 4:
        paletteSize = 64;
        break;
    case 8:
        paletteSize = 1024;
        break;
    default:
        paletteSize = 0;
        break;
    }

    //需要写进文件的像素字节数
    int pixelsSize;
    pixelsSize = 4 * ((bCount*bWidth+31) / 32 )*bHeight;

    //文件头
    BITMAPFILEHEADER bmpFileHeader;

    bmpFileHeader.bfType = 'MB';
    bmpFileHeader.bfSize = 54+paletteSize+pixelsSize;
    bmpFileHeader.bfReserved1 = 0;
    bmpFileHeader.bfReserved2 = 0;
    bmpFileHeader.bfOffBits =54+paletteSize ;

    //信息头
    BITMAPINFOHEADER bmpInfoHeader;

    bmpInfoHeader.biBitCount = bCount;
    bmpInfoHeader.biClrImportant = 0;
    bmpInfoHeader.biClrUsed = 0;
    bmpInfoHeader.biCompression = BI_RGB;
    bmpInfoHeader.biHeight = bHeight;
    bmpInfoHeader.biPlanes = 1;
    bmpInfoHeader.biSize =40;
    bmpInfoHeader.biSizeImage =pixelsSize;
    bmpInfoHeader.biWidth = bWidth;
    bmpInfoHeader.biXPelsPerMeter = 0;
    bmpInfoHeader.biYPelsPerMeter = 0;

    //分配新的像素缓冲
    byte *pPixels;

    if ( (bCount*bWidth)%32==0)
    {
        //如果行的字节数刚好是4的倍数，则直接利用原来的像素缓冲
        pPixels = bPixels;
    }
    else
    {
        //否则，新创建一个缓冲区，使得每行的字节数刚好是4的倍数
        pPixels = (byte*)malloc(pixelsSize);

        //像素缓冲初始化为0
        memset(pPixels, 0, pixelsSize);

        int oldRow, newRow;

        //原来的像素缓冲每行所占的字节数
        oldRow = (bCount*bWidth+7)/ 8;

        //新的像素缓冲每行所占的字节数
        newRow = pixelsSize / bHeight;

        //将旧的像素缓冲的数据复制到新的像素缓冲
        for (int i = 0;i <bHeight;i++)
        {
            memcpy(pPixels+i*newRow, bPixels+i*oldRow, oldRow);
        }
    }

    FILE *fp;

    fp=fopen(fileName, "wb");
    if (!fp)
    {
        return false;
    }

    //写入文件头
    fwrite(&bmpFileHeader, 14, 1, fp);

    //写入信息头
    fwrite(&bmpInfoHeader, 40, 1, fp);

    //写入调色板
    fwrite(crPalette,paletteSize, 1, fp);

    //写入像素数据
    fwrite(pPixels,pixelsSize, 1, fp);
    fclose(fp);

    //如果像素缓冲区是动态创建的，则释放缓冲
    if(pPixels!=bPixels)free(pPixels);

    return true;

}

C语言代码读取BMP文件

以下代码是读取BMP文件，返回的是位图信息、调色板和像素数据。

/***************************************************************************************************************/
//函数名：LoadBmp
//功能： 载入bmp文件
//参数： 分别为文件名、位图信息头结构、调色板二重指针、像素数据二重指针
//返回值：如果读取文件成功，则返回true，否则返回false
//说明： 文件的相关信息都会被填充到bmpInfoHeader指向的结构中，crPalette、bPixels参数分别传回调色板和像素数据的指针
/***************************************************************************************************************/
#include<windows.h>
#include<stdio.h>

bool LoadBmp(const char *fileName, BITMAPINFOHEADER *bmpInfoHeader, RGBQUAD **crPalette, byte **bPixels)
{
    BITMAPFILEHEADER fileHeader;
    FILE *fp;

    fp = fopen(fileName, "rb");
    if (!fp)
    {
        return false;
    }
    //读取文件头
    fread(&fileHeader, 14, 1, fp);

    //读取信息头
    fread(bmpInfoHeader, 40, 1, fp);

    //调色板字节数
    int paletteSize;
    switch ((*bmpInfoHeader).biBitCount)
    {
    case 1:
        paletteSize = 8;
        break;
    case 4:
        paletteSize = 64;
        break;
    case 8:
        paletteSize = 1024;
        break;
    default:
        paletteSize = 0;
        break;
    }

    //动态创建调色板缓冲区
    *crPalette = (RGBQUAD*)malloc(paletteSize);

    //读入调色板数据
    fread(*crPalette, paletteSize, 1, fp);

    int pixelsSize;
    pixelsSize = fileHeader.bfSize - fileHeader.bfOffBits;

    //动态创建像素缓冲区
    *bPixels = (byte*)malloc(pixelsSize);

    //读入像素数据
    fread(*bPixels,pixelsSize, 1, fp);

    fclose(fp);

    return false;
}