bmp文件格式详细解析

Posted 2020-06-23 小小猫钓小小鱼

 

先区分几个概念：16色和16位色一样吗？

不一样！

颜色位数，即是用多少位字节表示的值，每一位可以表示0和1两值。通常图片的颜色深度，简称色深，就是用位数来表示的，所以，我通常会看到8位色，16位色，24位色和32位色。
而我们在其它地方看到的又是16色，256色，16777216色等等，这些怎么一回事呢？
16色即代表16种颜色，256色即256种颜色，8位色就是用8个位来表示的颜色，即2的8次方，就是256色，16位色2的16次方，就是65536色，24位即16777216色，32位即4294967296色
他 们之间并不存在转换关系，只有兼容关系，你不可能将红色转换为蓝色，也不可能将一个黑白的图片转换成一个彩色图片，但可以将彩色图片变成黑白图片，就像以 前的黑白电视机播放彩色录像始终是黑白的，而彩色电视机播放黑白的录像还是黑白的，当由多到少时，它会丢失颜色数据，当由少到多时，并不会还原丢失的数 据。

好了，切入正题：

bmp文件结构解析：

一个bmp图片最多由4大部分组成：BITMAPFILEHEADER结构体，BITMAPINFOHEADER结构体，RGBQUAD结构体(这个结构体可以有，也可以没有)，DIB数据区。其中DIB意思就是Device-Independent Bitmap(设备无关位图)。

一个bmp文件以BITMAPFILEHEADER结构体开始，

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

WORD bfType;//固定为0x4d42;
    DWORD bfSize; //文件大小
    WORD bfReserved1; //保留字，不考虑
    WORD bfReserved2; //保留字，同上
    DWORD bfOffBits; //实际位图数据的偏移字节数，即前三个部分长度之和
    } BITMAPFILEHEADER;

 BITMAPFILEHEADER的第1个属性是bfType(2字节)，这里恒定等于0x4D42。由于内存中的数据排列高位在左，低位在右，所以内存中从左往右看就显示成(42 4D)，所以在winhex中头两个 字节显示为(42 4D)就是这样形成的，以后的数据都是这个特点，不再作重复说明。

BITMAPFILEHEADER的第2个属性是bfSize(4字节)，表示整个bmp文件的大小。

BITMAPFILEHEADER的第3个、第4个属性分别是bfReserved1、bfReserved2(各2字节)，这里是2个保留属性，都为0，这里等于&H0000、0x0000。

BITMAPFILEHEADER的第5个属性是bfOffBits(4字节)，表示DIB数据区在bmp文件中的位置偏移量，比如等于0x00000076=118，表示数据区从文件开始往后数的118字节开始。

 BITMAPFILEHEADER结构体这里就讲完了，大家会发现BITMAPFILEHEADER只占了bmp文件开始的14字节长度，但需要 特别说明的是：我们在编程时，经常是以二进制的形式打开一个bmp文件，然后将其开头的14个字节读入自己定义的BITMAPFILEHEADER 结构体中，如果按上述定义结构体的方式，需要注意，这个自己定义的结构体在内存中由于字节对齐，会占用16字节的空间，因而直接读入16字节，按字节顺序 赋值给结构体，出来的数据是错误的，这样的话，可以先将这14字节的数据读入到一个缓冲器中，然后从缓冲器中按字节对结构体进行赋值。详细程序见后附录。 鉴于此中原因，在vb中定义一个BITMAPFILEHEADER结构体变量，其长度占了16个字节，原因就是第1个属性本来应该只分配2个字节，但实际被 分配了4个字节，多出来2个字节，所以如果想保存一张bmp图片，写入BITMAPFILEHEADER结构体时一定要注意这一点。

接下来是BITMAPINFO结构体部分。BITMAPINFO段由两部分组成：BITMAPINFOHEADER结构体和RGBQUAD结构 体。其中RGBQUAD结构体表示图片的颜色信息，有些时候可以省略，一般的24位图片和32位图片都不带RGBQUAD结构体，因为DIB数据区直接表 示的RGB值，一般4位图片和8位图片才带有RGBQUAD结构体。(多少位的图片就是用多少位来表示一个颜色信息，例如4位图片表示用4个bit来表示 一个颜色信息。)一个bmp文件中有没有RGBQUAD结构体，可以根据前面BITMAPFILEHEADER结构体的第5个属性bfOffBits来判 断，因为BITMAPINFOHEADER结构体长度为40bit，如果BITMAPINFOHEADER结构体结束后还未到DIB数据区的偏移量，就说 明接下来的数据是RGBQUAD结构体部分。

下面进入正题BITMAPINFOHEADER部分。

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
 //public:
 DWORD biSize; //指定此结构体的长度，为40
 LONG biWidth; //位图宽
 LONG biHeight; //位图高
 WORD biPlanes; //平面数，为1
 WORD biBitCount; //采用颜色位数，可以是1，2，4，8，16，24，新的可以是32
 DWORD biCompression; //压缩方式，可以是0，1，2，其中0表示不压缩
 DWORD biSizeImage; //实际位图数据占用的字节数
 LONG biXPelsPerMeter; //X方向分辨率
 LONG biYPelsPerMeter; //Y方向分辨率
 DWORD biClrUsed; //使用的颜色数，如果为0，则表示默认值(2^颜色位数)
 DWORD biClrImportant; //重要颜色数，如果为0，则表示所有颜色都是重要的
} BITMAPINFOHEADER;

BITMAPINFOHEADER的第1个属性是biSize(4字节)，表示BITMAPINFOHEADER结构体的长度，最常见的长度是40字节。

BITMAPINFOHEADER的第2个属性是biWidth(4字节)，表示bmp图片的宽度

BITMAPINFOHEADER的第3个属性是biHeight(4字节)，表示bmp图片的高度

BITMAPINFOHEADER的第4个属性是biPlanes(2字节)，表示bmp图片的平面属，显然显示器只有一个平面，所以恒等于1，这里等于0x0001。

BITMAPINFOHEADER的第5个属性是biBitCount(2字节)，表示bmp图片的颜色位数，即1位图（单色或二值图像），8位图，16位图，24位图、32位图等等。

BITMAPINFOHEADER的第6个属性是biCompression(4字节)，表示图片的压缩属性，bmp图片是不压缩的，等于0，所以这里为0x00000000。

BITMAPINFOHEADER的第7个属性是biSizeImage(4字节)，表示bmp图片数据区的大小，当上一个数值biCompression等于0时，这里的值可以省略不填，所以这里等于0x00000000。

BITMAPINFOHEADER的第8个属性是biXPelsPerMeter(4字节)，表示图片X轴每米多少像素，可省略，这里等于0x00000EC3=3779像素/米。

BITMAPINFOHEADER的第9个属性是biYPelsPerMeter(4字节)，表示图片Y轴每米多少像素，可省略，这里等于0x00000EC3=3779像素/米。

BITMAPINFOHEADER的第10个属性是biClrUsed(4字节)，表示使用了多少个颜色索引表，一般biBitCount属性小于16才会用到，等于0时表示有2^biBitCount个颜色索引表，所以这里仍等于0x00000000。

BITMAPINFOHEADER的第11个属性是biClrImportant(4字节)，表示有多少个重要的颜色，等于0时表示所有颜色都很重要，所以这里等于0x00000000。

至此BITMAPINFOHEADER结构体结束。

由于这个图片到这里还未到达DIB数据区的偏移量，或者说由于BITMAPINFOHEADER的第5个属性是biBitCount<16，也就是在1位图（只有两种颜色），4位图（只有2^4=16种颜色），8位图（只有2^8=256种颜色）的情况下，此时会有颜色表，也就是接下来的部分：RGBQUAD结构体。

//调色板Palette，当然，这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。24位和32位是不需要调色板的。
//（调色板结构体个数等于使用的颜色数，即是多少色图就有多少个，4位图16色，就有16个RGBQUAD结构体。）

typedef struct tagRGBQUAD {
//public:
BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量
BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量
BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量
BYTE rgbReserved; //保留值
} RGBQUAD;

这里举个4位图也就是16色图的例子：一 个RGBQUAD结构体只占用4字节空间，从左到右每个字节依次表示(蓝色，绿色，红色，未使用)。举例的这个图片我数了数总共有16个RGBQUAD结 构体，由于该图片是4位图，2^4正好等于16，所以它把16种颜色全部都枚举出来了，这些颜色就是一个颜色索引表。颜色索引表编号从0开始，总共16个 颜色，所以编号为0-15。从winhex中可以看到按照顺序，这16个RGBQUAD结构体依次为：

编号：(蓝，绿，红，空)

0号：(00，00，00，00)

1号：(00，00，80，00)

2号：(00，80，00，00)

3号：(00，80，80，00)

4号：(80，00，00，00)

5号：(80，00，80，00)

6号：(80，80，00，00)

7号：(80，80，80，00)

8号：(C0，C0，C0，00)

9号：(00，00，FF，00)

10号：(00，FF，00，00)

11号：(00，FF，FF，00)

12号：(FF，00，00，00)

13号：(FF，00，FF，00)

14号：(FF，FF，00，00)

15号：(FF，FF，FF，00)

到这里，正好满足DIB数据区的偏移量，所以后面的字节就是图片内容了。这里需要提醒的是所有的DIB数据扫描行是上下颠倒的，也就是说一幅图片先绘制底部的像素，再绘制顶部的像素，所以这些DIB数据所表示的像素点就是从图片的左下角开始，一直表示到图片的右上角。

 

程序附录：

// std.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"

//ReadBitMap
//
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>

#define WIDTHBYTES(bits) (((bits)+31)/32*4)

typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned short WORD;
typedef unsigned long DWORD;
typedef long LONG;

//位图文件头信息结构定义
//其中不包含文件类型信息（由于结构体的内存结构决定，要是加了的话将不能正确读取文件信息）

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

 WORD bfType;//固定为0x4d42
 DWORD bfSize; //文件大小
 WORD bfReserved1; //保留字，不考虑
 WORD bfReserved2; //保留字，同上
 DWORD bfOffBits; //实际位图数据的偏移字节数，即前三个部分长度之和
} BITMAPFILEHEADER;

//信息头BITMAPINFOHEADER，也是一个结构，其定义如下：

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
 //public:
 DWORD biSize; //指定此结构体的长度，为40
 LONG biWidth; //位图宽
 LONG biHeight; //位图高
 WORD biPlanes; //平面数，为1
 WORD biBitCount; //采用颜色位数，可以是1，2，4，8，16，24，新的可以是32
 DWORD biCompression; //压缩方式，可以是0，1，2，其中0表示不压缩
 DWORD biSizeImage; //实际位图数据占用的字节数
 LONG biXPelsPerMeter; //X方向分辨率
 LONG biYPelsPerMeter; //Y方向分辨率
 DWORD biClrUsed; //使用的颜色数，如果为0，则表示默认值(2^颜色位数)
 DWORD biClrImportant; //重要颜色数，如果为0，则表示所有颜色都是重要的
} BITMAPINFOHEADER;

//调色板Palette，当然，这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。24位和32位是不需要调色板的。
//（似乎是调色板结构体个数等于使用的颜色数。）

typedef struct tagRGBQUAD {
 //public:
 BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量
 BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量
 BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量
 BYTE rgbReserved; //保留值
} RGBQUAD;

 

void showBmpHead(BITMAPFILEHEADER* pBmpHead)
{
 printf("位图文件头:\n");
 printf("bmp格式标志bftype：0x%x\n",pBmpHead->bfType );
 printf("文件大小:%d\n",pBmpHead->bfSize);
 printf("保留字:%d\n",pBmpHead->bfReserved1);
 printf("保留字:%d\n",pBmpHead->bfReserved2);
 printf("实际位图数据的偏移字节数:%d\n",pBmpHead->bfOffBits);

}

void showBmpInforHead(tagBITMAPINFOHEADER* pBmpInforHead)
{
 printf("位图信息头:\n");
 printf("结构体的长度:%d\n",pBmpInforHead->biSize);
 printf("位图宽:%d\n",pBmpInforHead->biWidth);
 printf("位图高:%d\n",pBmpInforHead->biHeight);
 printf("biPlanes平面数:%d\n",pBmpInforHead->biPlanes);
 printf("biBitCount采用颜色位数:%d\n",pBmpInforHead->biBitCount);
 printf("压缩方式:%d\n",pBmpInforHead->biCompression);
 printf("biSizeImage实际位图数据占用的字节数:%d\n",pBmpInforHead->biSizeImage);
 printf("X方向分辨率:%d\n",pBmpInforHead->biXPelsPerMeter);
 printf("Y方向分辨率:%d\n",pBmpInforHead->biYPelsPerMeter);
 printf("使用的颜色数:%d\n",pBmpInforHead->biClrUsed);
 printf("重要颜色数:%d\n",pBmpInforHead->biClrImportant);
}

void showRgbQuan(tagRGBQUAD* pRGB)
{
 printf("(%-3d,%-3d,%-3d) ",pRGB->rgbRed,pRGB->rgbGreen,pRGB->rgbBlue);

}

 

void main()
{

 BITMAPFILEHEADER bitHead;
 BITMAPINFOHEADER bitInfoHead;
 FILE* pfile;

 char strFile[50];
 char *BmpFileHeader;
 WORD *temp_WORD;
 DWORD *temp_DWORD;
 printf("please input the .bmp file name:\n");
 scanf("%s",strFile);
 
 pfile = fopen(strFile,"rb");//打开文件
    BmpFileHeader=(char *)calloc(14,sizeof(char));
 if(pfile!=NULL)
 {
  printf("file bkwood.bmp open success.\n");
  //读取位图文件头信息
  
  
  
  fread(BmpFileHeader,1,14,pfile);
  temp_WORD=(WORD* )(BmpFileHeader);
  bitHead.bfType=*temp_WORD;
  if(bitHead.bfType != 0x4d42)
  {
   printf("file is not .bmp file!");
   
   return;
  }
  temp_DWORD=(DWORD *)(BmpFileHeader+sizeof(bitHead.bfType));
  bitHead.bfSize=*temp_DWORD;
  temp_WORD=(WORD*)(BmpFileHeader+sizeof(bitHead.bfType)+sizeof(bitHead.bfSize));
  bitHead.bfReserved1=*temp_WORD;
  temp_WORD=(WORD*)(BmpFileHeader+sizeof(bitHead.bfType)+sizeof(bitHead.bfSize)+sizeof(bitHead.bfReserved1));
  bitHead.bfReserved2=*temp_WORD;
  temp_DWORD=(DWORD*)(BmpFileHeader+sizeof(bitHead.bfType)+sizeof(bitHead.bfSize)+sizeof(bitHead.bfReserved1)+sizeof(bitHead.bfReserved2));
  bitHead.bfOffBits=*temp_DWORD;
 
  
  
  showBmpHead(&bitHead);
  printf("\n\n");
 
  //读取位图信息头信息
  fread(&bitInfoHead,1,sizeof(BITMAPINFOHEADER),pfile);
  showBmpInforHead(&bitInfoHead);
  printf("\n");
  
 }
 else
 {
  printf("file open fail!\n");
  return;
 }
 
 tagRGBQUAD *pRgb ;

 if(bitInfoHead.biBitCount < 24)//有调色板
 {
  //读取调色盘结信息
  long nPlantNum = long(pow(2,double(bitInfoHead.biBitCount))); // Mix color Plant Number;
  pRgb=(tagRGBQUAD *)malloc(nPlantNum*sizeof(tagRGBQUAD));
  memset(pRgb,0,nPlantNum*sizeof(tagRGBQUAD));
  int num = fread(pRgb,4,nPlantNum,pfile);

  printf("Color Plate Number: %d\n",nPlantNum);

  printf("颜色板信息:\n");
  for (int i =0; i<nPlantNum;i++)
  {
   if (i%5==0)
   {
    printf("\n");
   }
   showRgbQuan(&pRgb[i]);

  }

  printf("\n");

 }

 int width = bitInfoHead.biWidth;
 int height = bitInfoHead.biHeight;
 //分配内存空间把源图存入内存
 int l_width = WIDTHBYTES(width* bitInfoHead.biBitCount);//计算位图的实际宽度并确保它为32的倍数
 BYTE *pColorData=(BYTE *)malloc(height*l_width);
 memset(pColorData,0,height*l_width);
 long nData = height*l_width;

 //把位图数据信息读到数组里
 fread(pColorData,1,nData,pfile);

 

 //将位图数据转化为RGB数据
 tagRGBQUAD* dataOfBmp;
 dataOfBmp = (tagRGBQUAD *)malloc(width*height*sizeof(tagRGBQUAD));//用于保存各像素对应的RGB数据
 memset(dataOfBmp,0,width*height*sizeof(tagRGBQUAD));

 if(bitInfoHead.biBitCount<24)//有调色板，即位图为非真彩色
 {
  int k;
  int index = 0;
  if (bitInfoHead.biBitCount == 1)
  {
   for(int i=0;i<height;i++)
    for(int j=0;j<width;j++)
    {
     BYTE mixIndex= 0;
     k = i*l_width + j/8;//k:取得该像素颜色数据在实际数据数组中的序号
     //j:提取当前像素的颜色的具体值
     mixIndex = pColorData[k];
     switch(j%8)
     {
     case 0:
      mixIndex = mixIndex<<7;
      mixIndex = mixIndex>>7;
      break;
     case 1:
      mixIndex = mixIndex<<6;
      mixIndex = mixIndex>>7;
      break;
     case 2:
      mixIndex = mixIndex<<5;
      mixIndex = mixIndex>>7;
      break;

     case 3:
      mixIndex = mixIndex<<4;
      mixIndex = mixIndex>>7;
      break;
     case 4:
      mixIndex = mixIndex<<3;
      mixIndex = mixIndex>>7;
      break;

     case 5:
      mixIndex = mixIndex<<2;
      mixIndex = mixIndex>>7;
      break;
     case 6:
      mixIndex = mixIndex<<1;
      mixIndex = mixIndex>>7;
      break;

     case 7:
      mixIndex = mixIndex>>7;
      break;
     }

     //将像素数据保存到数组中对应的位置
     dataOfBmp[index].rgbRed = pRgb[mixIndex].rgbRed;
     dataOfBmp[index].rgbGreen = pRgb[mixIndex].rgbGreen;
     dataOfBmp[index].rgbBlue = pRgb[mixIndex].rgbBlue;
     dataOfBmp[index].rgbReserved = pRgb[mixIndex].rgbReserved;
     index++;

    }
  }

  if(bitInfoHead.biBitCount==2)
  {
   for(int i=0;i<height;i++)
    for(int j=0;j<width;j++)
    {
     BYTE mixIndex= 0;
     k = i*l_width + j/4;//k:取得该像素颜色数据在实际数据数组中的序号
     //j:提取当前像素的颜色的具体值
     mixIndex = pColorData[k];
     switch(j%4)
     {
     case 0:
      mixIndex = mixIndex<<6;
      mixIndex = mixIndex>>6;
      break;
     case 1:
      mixIndex = mixIndex<<4;
      mixIndex = mixIndex>>6;
      break;
     case 2:
      mixIndex = mixIndex<<2;
      mixIndex = mixIndex>>6;
      break;
     case 3:
      mixIndex = mixIndex>>6;
      break;
     }

     //将像素数据保存到数组中对应的位置
     dataOfBmp[index].rgbRed = pRgb[mixIndex].rgbRed;
     dataOfBmp[index].rgbGreen = pRgb[mixIndex].rgbGreen;
     dataOfBmp[index].rgbBlue = pRgb[mixIndex].rgbBlue;
     dataOfBmp[index].rgbReserved = pRgb[mixIndex].rgbReserved;
     index++;

    }
  }
  if(bitInfoHead.biBitCount == 4)
  {
   for(int i=0;i<height;i++)
    for(int j=0;j<width;j++)
    {
     BYTE mixIndex= 0;
     k = i*l_width + j/2;
     mixIndex = pColorData[k];
     if(j%2==0)
     {//低
      mixIndex = mixIndex<<4;
      mixIndex = mixIndex>>4;
     }
     else
     {//高
      mixIndex = mixIndex>>4;
     }

     dataOfBmp[index].rgbRed = pRgb[mixIndex].rgbRed;
     dataOfBmp[index].rgbGreen = pRgb[mixIndex].rgbGreen;
     dataOfBmp[index].rgbBlue = pRgb[mixIndex].rgbBlue;
     dataOfBmp[index].rgbReserved = pRgb[mixIndex].rgbReserved;
     index++;

    }

  }
  if(bitInfoHead.biBitCount == 8)
  {
   for(int i=0;i<height;i++)
    for(int j=0;j<width;j++)
    {
     BYTE mixIndex= 0;

     k = i*l_width + j;

     mixIndex = pColorData[k];

     dataOfBmp[index].rgbRed = pRgb[mixIndex].rgbRed;
     dataOfBmp[index].rgbGreen = pRgb[mixIndex].rgbGreen;
     dataOfBmp[index].rgbBlue = pRgb[mixIndex].rgbBlue;
     dataOfBmp[index].rgbReserved = pRgb[mixIndex].rgbReserved;
     index++;

 

    }
  }
  if(bitInfoHead.biBitCount == 16)
  {
   for(int i=0;i<height;i++)
    for(int j=0;j<width;j++)
    {
     WORD mixIndex= 0;

     k = i*l_width + j*2;
     WORD shortTemp;
     shortTemp = pColorData[k+1];
     shortTemp = shortTemp<<8;

     mixIndex = pColorData[k] + shortTemp;

     dataOfBmp[index].rgbRed = pRgb[mixIndex].rgbRed;
     dataOfBmp[index].rgbGreen = pRgb[mixIndex].rgbGreen;
     dataOfBmp[index].rgbBlue = pRgb[mixIndex].rgbBlue;
     dataOfBmp[index].rgbReserved = pRgb[mixIndex].rgbReserved;
     index++;
    }
  }
 }
 else//位图为24位真彩色
 {
  int k;
  int index = 0;
  for(int i=0;i<height;i++)
   for(int j=0;j<width;j++)
   {
    k = i*l_width + j*3;
    dataOfBmp[index].rgbRed = pColorData[k+2];
    dataOfBmp[index].rgbGreen = pColorData[k+1];
    dataOfBmp[index].rgbBlue = pColorData[k];
    index++;
   }
 }

 printf("像素数据信息:\n");
/*
 for (int i=0; i<width*height; i++)
 {
  if (i%5==0)
  {
   printf("\n");
  }
  showRgbQuan(&dataOfBmp[i]);
 }
*/
 fclose(pfile);
 
 if (bitInfoHead.biBitCount<24)
 {
  free(pRgb);
 }

 free(dataOfBmp);
 free(pColorData);
   free(BmpFileHeader);
 printf("\n");

}