BMP文件格式及数据提取

BMP文件格式及数据提取
2011年05月10日
　　为了给LCD模块 增加公司 logo ，需要提取 BMP 文件 ( 因为 BMP 文件格式比较简单 ) 的数据，来生成 LCD 可用的点阵图像。先是找了一些工具，但是都不能满足要求。所以自己分析了一下文件格式，动手写个了小程序用来提取其中图像数据并生成数组保存。简单的对 BMP 文件格式解释一下。
　　BMP(Bitmap-File) 图形文件是 Windows 采用的图形文件格式，在 Windows 环境下运行的所有图象处理软件都支持 BMP 图象文件格式。 Windows 系统内部各图像绘制操作都是以 BMP 为基础的。 Windows 3.0 以前的 BMP 图文件格式与显示设备有关，因此把这种 BMP 图象文件格式称为设备相关位图 DDB(device-dependent bitmap) 文件格式。 Windows 3.0 以后的 BMP 图象文件与显示设备无关，因此把这种 BMP 图象文件格式称为设备无关位图 DIB(device-independent bitmap) 格式（注： Windows 3.0 以后，在系统中仍然存在 DDB 位图，象 BitBlt() 这种函数就是基于 DDB 位图的，只不过如果你想将图像以 BMP 格式保存到磁盘文件中时，微软极力推荐你以 DIB 格式保存），目的是为了让 Windows 能够在任何类型的显示设备上显示所存储的图象。 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）。
　　位图文件可看成由 4 个部分组成：位图文件头 (bitmap-file header) 、位图信息头 (bitmap-information header) 、彩色表 (color table) 和定义位图的字节阵列，它具有如下所示的形式。
　　位图文件头 (bitmap-file header)
　　位图信息头 (bitmap-information header)
　　‘BM’ ： Windows 3.1x, 95, NT, …
　　‘CP’ ： OS/2 Color Pointer
　　注：因为 OS/2 系统并没有被普及开，所以在编程时，你只需判断第一个标识 “BM” 就行。
　　用字节表示的整个文件的大小 , 最低位在前，依次为高位。
　　从文件开始到位图数据开始之间的数据 (bitmap data) 之间的偏移量
　　位图信息头 (Bitmap Info Header) 的长度，用来描述位图的颜色、压缩方法等。下面的长度表示：
　　28h - Windows 3.1x, 95, NT, …
　　注：在 Windows95 、 98 、 2000 等操作系统中，位图信息头的长度并不一定是 28h ，因为微软已经制定出了新的 BMP 文件格式，其中的信息头结构变化比较大，长度加长。所以最好不要直接使用常数 28h ，而是应该从具体的文件中读取这个值。这样才能确保程序的兼容性。
　　1 - 单色位图（实际上可有两种颜色，缺省情况下是黑色和白色。你可以自己定义这两种颜色）
　　0 - 不压缩 ( 使用 BI_RGB 表示 )
　　1 - RLE 8- 使用 8 位 RLE 压缩方式 ( 用 BI_RLE8 表示 )
　　2 - RLE 4- 使用 4 位 RLE 压缩方式 ( 用 BI_RLE4 表示 )
　　3 - Bitfields- 位域存放方式 ( 用 BI_BITFIELDS 表示 )
　　用字节数表示的位图数据的大小。该数必须是 4 的倍数
　　位图使用的颜色数。如 8- 比特 / 象素表示为 100h 或者 256.
　　指定重要的颜色数。当该域的值等于颜色数时（或者等于 0 时），表示所有颜色都一样重要
　　调色板规范。对于调色板中的每个表项，这 4 个字节用下述方法来描述 RGB 的值：
　　字节用于填充符 ( 设置为 0)
　　该域的大小取决于压缩方法及图像的尺寸和图像的位深度，它包含所有的位图数据字节，这些数据可能是彩色调色板的索引号，也可能是实际的 RGB 值，这将根据图像信息头中的位深度值来决定。
　　位图文件头包含有关于文件类型、文件大小、存放位置等信息，在 Windows 3.0 以上版本的位图文件中用 BITMAPFILEHEADER 结构来定义：
　　typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { /* bmfh */
　　UINT bfType;
　　DWORD bfSize;
　　UINT bfReserved1;
　　UINT bfReserved2;
　　DWORD bfOffBits;
　　} BITMAPFILEHEADER;
　　说明文件的类型 . （该值必需是 0x424D ，也就是字符 'BM' 。我们不需要判断 OS/2 的位图标识，这么做现在来看似乎已经没有什么意义了，而且如果要支持 OS/2 的位图，程序将变得很繁琐。所以，在此只建议你检察 'BM' 标识）
　　说明从文件头开始到实际的图象数据之间的字节的偏移量。这个参数是非常有用的，因为位图信息头和调色板的长度会根据不同情况而变化，所以你可以用这个偏移值迅速的从文件中读取到位数据。
　　位图信息用 BITMAPINFO 结构来定义，它由位图信息头 (bitmap-information header) 和彩色表 (color table) 组成，前者用 BITMAPINFOHEADER 结构定义，后者用 RGBQUAD 结构定义。 BITMAPINFO 结构具有如下形式：
　　typedef struct tagBITMAPINFO { /* bmi */
　　BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
　　RGBQUAD bmiColors[1];
　　说明 BITMAPINFOHEADER 结构，其中包含了有关位图的尺寸及位格式等信息
　　说明彩色表 RGBQUAD 结构的阵列，其中包含索引图像的真实 RGB 值。
　　BITMAPINFOHEADER 结构包含有位图文件的大小、压缩类型和颜色格式，其结构定义为：
　　typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { /* bmih */
　　DWORD biSize;
　　LONG biWidth;
　　LONG biHeight;
　　WORD biPlanes;
　　WORD biBitCount;
　　DWORD biCompression;
　　DWORD biSizeImage;
　　LONG biXPelsPerMeter;
　　LONG biYPelsPerMeter;
　　DWORD biClrUsed;
　　DWORD biClrImportant;
　　说明 BITMAPINFOHEADER 结构所需要的字数。注：这个值并不一定是 BITMAPINFOHEADER 结构的尺寸，它也可能是 sizeof(BITMAPV4HEADER) 的值，或是 sizeof(BITMAPV5HEADER) 的值。这要根据该位图文件的格式版本来决定，不过，就现在的情况来看，绝大多数的 BMP 图像都是 BITMAPINFOHEADER 结构的（可能是后两者太新的缘故吧 :- ）。
　　说明图象的高度，以象素为单位。注：这个值除了用于描述图像的高度之外，它还有另一个用处，就是指明该图像是倒向的位图，还是正向的位图。如果该值是一个正数，说明图像是倒向的，如果该值是一个负数，则说明图像是正向的。大多数的 BMP 文件都是倒向的位图，也就是时，高度值是一个正数。（注：当高度值是一个负数时（正向图像），图像将不能被压缩（也就是说 biCompression 成员将不能是 BI_RLE8 或 BI_RLE4 ）。
　　说明比特数 / 象素，其值为 1 、 4 、 8 、 16 、 24 、或 32
　　：每个象素 8 比特的 RLE 压缩编码， 压缩格式由 2 字节组成 ( 重复 象素计数和颜色索引 ) ；
　　：每个象素 4 比特的 RLE 压缩编码， 压缩格式由 2 字节组成
　　：每个象素的比特由指 定的掩码决定。
　　说明图象的大小，以字节为单位。当用 BI_RGB 格式时，可设置为 0
　　说明位图实际使用的彩色表中的颜色索引数（设为 0 的话，则说明使用所有调色板项）
　　说明对图象显示有重要影响的颜色索引的数目，如果是 0 ，表示都重要。
　　现就 BITMAPINFOHEADER 结构作如下说明：
　　应用程序可使用存储在 biSize 成员中的信息来查找在 BITMAPINFO 结构中的彩色表，如下所示：
　　pColor = ((LPSTR) pBitmapInfo + (WORD) (pBitmapInfo->bmiHeader.biSize))
　　biBitCount=1 表示位图最多有两种颜色，缺省情况下是黑色和白色，你也可以自己定义这两种颜色。图像信息头装调色板中将有两个调色板项，称为索引 0 和索引 1 。图象数据阵列中的每一位表示一个象素。如果一个位是 0 ，显示时就使用索引 0 的 RGB 值，如果位是 1 ，则使用索引 1 的 RGB 值。
　　biBitCount=4 表示位图最多有 16 种颜色。每个象素用 4 位表示，并用这 4 位作为彩色表的表项来查找该象素的颜色。例如，如果位图中的第一个字节为 0x1F ，它表示有两个象素，第一象素的颜色就在彩色表的第 2 表项中查找，而第二个象素的颜色就在彩色表的第 16 表项中查找。此时，调色板中缺省情况下会有 16 个 RGB 项。对应于索引 0 到索引 15 。
　　biBitCount=8 表示位图最多有 256 种颜色。每个象素用 8 位表示，并用这 8 位作为彩色表的表项来查找该象素的颜色。例如，如果位图中的第一个字节为 0x1F ，这个象素的颜色就在彩色表的第 32 表项中查找。此时，缺省情况下，调色板中会有 256 个 RGB 项，对应于索引 0 到索引 255 。
　　biBitCount=16 表示位图最多有 216 种颜色。每个色素用 16 位（ 2 个字节）表示。这种格式叫作高彩色，或叫增强型 16 位色，或 64K 色。它的情况比较复杂，当 biCompression 成员的值是 BI_RGB 时，它没有调色板。 16 位中，最低的 5 位表示蓝色分量，中间的 5 位表示绿色分量，高的 5 位表示红色分量，一共占用了 15 位，最高的一位保留，设为 0 。这种格式也被称作 555 16 位位图。如果 biCompression 成员的值是 BI_BITFIELDS ，那么情况就复杂了，首先是原来调色板的位置被三个 DWORD 变量占据，称为红、绿、蓝掩码。分别用于描述红、绿、蓝分量在 16 位中所占的位置。在 Windows 95 （或 98 ）中，系统可接受两种格式的位域： 555 和 565 ，在 555 格式下，红、绿、蓝的掩码分别是： 0x7C00 、 0x03E0 、 0x001F ，而在 565 格式下，它们则分别为： 0xF800 、 0x07E0 、 0x001F 。你在读取一个像素之后，可以分别用掩码 ? 与 ? 上像素值，从而提取出想要的颜色分量（当然还要再经过适当的左右移操作）。在 NT 系统中，则没有格式限制，只不过要求掩码之间不能有重叠。（注：这种格式的图像使用起来是比较麻烦的，不过因为它的显示效果接近于真彩，而图像数据又比真彩图像小的多，所以，它更多的被用于游戏软件）。
　　biBitCount=24 表示位图最多有 224 种颜色。这种位图没有调色板（ bmiColors 成员尺寸为 0 ），在位数组中，每 3 个字节代表一个象素，分别对应于颜色 R 、 G 、 B 。
　　biBitCount=32 表示位图最多有 232 种颜色。这种位图的结构与 16 位位图结构非常类似，当 biCompression 成员的值是 BI_RGB 时，它也没有调色板， 32 位中有 24 位用于存放 RGB 值，顺序是：最高位 ? 保留，红 8 位、绿 8 位、蓝 8 位。这种格式也被成为 888 32 位图。如果 biCompression 成员的值是 BI_BITFIELDS 时，原来调色板的位置将被三个 DWORD 变量占据，成为红、绿、蓝掩码，分别用于描述红、绿、蓝分量在 32 位中所占的位置。在 Windows 95(or 98) 中，系统只接受 888 格式，也就是说三个掩码的值将只能是： 0xFF0000 、 0xFF00 、 0xFF 。而在 NT 系统中，你只要注意使掩码之间不产生重叠就行。（注：这种图像格式比较规整，因为它是 DWORD 对齐的，所以在内存中进行图像处理时可进行汇编级的代码优化（简单））。
　　BITMAPINFOHEADER 结构中的成员 ClrUsed 指定实际使用的颜色数目。如果 ClrUsed 设置成 0 ，位图使用的颜色数目就等于 biBitCount 成员中的数目。请注意，如果 ClrUsed 的值不是可用颜色的最大值或不是 0 ，则在编程时应该注意调色板尺寸的计算，比如在 4 位位图中，调色板的缺省尺寸应该是 16 ＊ sizeof(RGBQUAD) ，但是，如果 ClrUsed 的值不是 16 或者不是 0 ，那么调色板的尺寸就应该是 ClrUsed ＊ sizeof(RGBQUAD) 。
　　① BI_RLE8 ：每个象素为 8 比特的 RLE 压缩编码，可使用编码方式和绝对方式中的任何一种进行压缩，这两种方式可在同一幅图中的任何地方使用。
　　编码方式：由 2 个字节组成，第一个字节指定使用相同颜色的象素数目，第二个字节指定使用的颜色索引。此外，这个字节对中的第一个字节可设置为 0 ，联合使用第二个字节的值表示：
　　第二个字节的值为 0 ：行的结束。
　　第二个字节的值为 1 ：图象结束。
　　第二个字节的值为 2 ：其后的两个字节表示下一个象素从当前开始的水平和垂直位置的偏移量。
　　绝对方式：第一个字节设置为 0 ，而第二个字节设置为 0x03 ～ 0xFF 之间的一个值。在这种方式中，第二个字节表示跟在这个字节后面的字节数，每个字节包含单个象素的颜色索引。压缩数据格式需要字边界 (word boundary) 对齐。下面的例子是用 16 进制表示的 8- 位压缩图象数据：
　　03 04 05 06 00 03 45 56 67 00 02 78 00 02 05 01 02 78 00 00 09 1E 00 01
　　这些压缩数据可解释为 ：
　　1E 1E 1E 1E 1E 1E 1E 1E 1E 
　　② BI_RLE4 ：每个象素为 4 比特的 RLE 压缩编码，同样也可使用编码方式和绝对方式中的任何一种进行压缩，这两种方式也可在同一幅图中的任何地方使用。这两种方式是：
　　编码方式：由 2 个字节组成，第一个字节指定象素数目，第二个字节包含两种颜色索引，一个在高 4 位，另一个在低 4 位。第一个象素使用高 4 位的颜色索引，第二个使用低 4 位的颜色索引，第 3 个使用高 4 位的颜色索引，依此类推。
　　绝对方式：这个字节对中的第一个字节设置为 0 ，第二个字节包含有颜色索引数，其后续字节包含有颜色索引，颜色索引存放在该字节的高、低 4 位中，一个颜色索引对应一个象素。此外， BI_RLE4 也同样联合使用第二个字节中的值表示：
　　第二个字节的值为 0 ：行的结束。
　　第二个字节的值为 1 ：图象结束。
　　第二个字节的值为 2 ：其后的两个字节表示下一个象素从当前开始的水平和垂直位置的偏移量。
　　下面的例子是用 16 进制数表示的 4- 位压缩图象数据：
　　03 04 05 06 00 06 45 56 67 00 04 78 00 02 05 01 04 78 00 00 09 1E 00 01
　　彩色表包含的元素与位图所具有的颜色数相同，象素的颜色用 RGBQUAD 结构来定义。对于 24- 位真彩色图象就不使用彩色表（同样也包括 16 位、和 32 位位图），因为位图中的 RGB 值就代表了每个象素的颜色。彩色表中的颜色按颜色的重要性排序，这可以辅助显示驱动程序为不能显示足够多颜色数的显示设备显示彩色图象。 RGBQUAD 结构描述由 R 、 G 、 B 相对强度组成的颜色，定义如下：
　　typedef struct tagRGBQUAD { /* rgbq */
　　BYTE rgbBlue;
　　BYTE rgbGreen;
　　BYTE rgbRed;
　　BYTE rgbReserved;
　　紧跟在彩色表之后的是图象数据字节阵列。图象的每一扫描行由表示图象象素的连续的字节组成，每一行的字节数取决于图象的颜色数目和用象素表示的图象宽度。扫描行是由底向上存储的，这就是说，阵列中的第一个字节表示位图左下角的象素，而最后一个字节表示位图右上角的象素。（只针对与倒向 DIB ，如果是正向 DIB ，则扫描行是由顶向下存储的），倒向 DIB 的原点在图像的左下角，而正向 DIB 的原点在图像的左上角。同时，每一扫描行的字节数必需是 4 的整倍数，也就是 DWORD 对齐的。
　　首先，因为手中图像为单色无压缩的 bmp ，所以仅实现了对这种文件的数据提取。根据上边的文件格式说明，会发现需要实现的程序是很简单的。仅需要提取文件数据格式，并且因为色彩深度为 1 可以省去将 RGB 进行灰度转化的问题。因为色彩深度为 1 ，则对图像数据中每一个 bit 表示其引用的色彩索引，（因为色彩仅为黑白，所以每个 bit 可以表示黑或白），为了简化程序对图像数据不再做色彩转换处理，即今提取图像数据。这样做的可能性必须在之前的文件格式中限定，单色无压缩的 bmp 文件，同时由于 LCD 本身显示仅有亮（白）和暗（黑），即使做了转化对显示本身没有更多的改变。
　　unsigned char convert_to_c[1000000];// 转化的存储数组
　　//BMP 头文件结构（因为 C 中没有 DWORD 和 WORD 定义全部使用数组代替）
　　typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { /* bmfh */
　　char bfType[2];
　　//BMP 信息头文件结构（因为 C 中没有 DWORD 和 WORD 定义全部使用数组代替）
　　typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {               /* bmih */
　　BITMAPFILEHEADER bmpheader;
　　BITMAPINFOHEADER bmpinfoheader;
　　请输入待转化 BMP 绝对路径和名称 ( 长度请小于 100), 回车结束 \n");
　　取得文件路径及名称
　　打开文件失败 \n 按任意键退出 \n");
　　暂停程序，保留屏幕显示
　　memset(&bmpheader,0,sizeof(bmpheader));
　　memset(&bmpinfoheader,0,sizeof(bmpinfoheader));
　　size=fread((char *)(&bmpheader),1,14,fp);
　　printf(" 读取错误 1;size=%d\n",size);
　　printf(" 按任意键推出 \n");
　　system(“pause”);
　　return 0;
　　if((bmpheader.bfType[0]!='B')||(bmpheader.bfType[1]!='M'))
　　printf(" 文件格式不是 BMP\n");
　　printf(" 按任意键推出 \n");
　　system(“pause”);
　　return 0;
　　temp=(int *)bmpheader.bfSize;// 取得文件大小
　　if((*temp)>1000000)
　　printf(" 文件过大不支持 \n");
　　printf(" 按任意键推出 \n");
　　system(“pause”);
　　return 0;               
　　size=fread((char *)(&bmpinfoheader),1,40,fp);// 读取信息文件头
　　printf(" 读取错误 2:size=%d\n",size);
　　printf(" 按任意键推出 \n");
　　system(“pause”);
　　return 0;
　　temp=(int *)bmpinfoheader.biBitCount;
　　if(*temp!=0x01)
　　printf(" 文件非单色位图文件，不支持 \n");
　　printf(" 按任意键推出 \n");
　　system(“pause”);
　　return 0;               
　　temp=(int *)bmpinfoheader.biCompression;
　　if((*temp)!=0x00)
　　printf(" 文件经过压缩，不支持 \n");
　　printf(" 按任意键推出 \n");
　　system(“pause”);
　　return 0;
　　temp=(int *)bmpheader.bfOffBits;
　　fseek(fp,0,SEEK_END);
　　filesize=ftell(fp);
　　fseek(fp,*temp,SEEK_SET);
　　filesize=filesize-ftell(fp);// 取得图像信息数据的实际大小
　　fread(convert_to_c,filesize,1,fp);// 读取全部图像信息到数组。
　　创建与 BMP 文件同名的 c 文件
　　for(i=100;i>=0;i--)
　　if(fname=='.')
　　fname[i+1]='c';
　　for(j=2;jbmp[]=\n{\n");
　　for(i=0;i=0;j--)
　　fprintf(outfp,"0x%02x",convert_to_c[filesize-1-(i*16+j)]);
　　fprintf(outfp,",");
　　fprintf(outfp,"\n");
　　fprintf(outfp,"};\n");
　　fprintf(outfp," 使用时注意清除最后一个逗号。 \n");
　　fprintf(outfp," 每行有 16 个字节，一共有 %d 行 \n",raw);
　　fclose(outfp);
　　printf(" 请注意本程序仅支持对未压缩单色（ 2 色） bmp 文件的转换 \n");
　　printf(" 文件大小限制在 1000k 之内 \n 仅供个人使用不保证转换正确性，请自己验证正确性 \n");
　　以上的程序并没有很大的通用性，而且对 BMP 文件处理仅仅为了很明确的目的，提取数组转化为数组。但对于了解 BMP 文件结构有一点指导作用。简单补充说明一下，程序中仅用了 fread(convert_to_c,filesize,1,fp); 一句话来完成了图像数据的读取，这本身其实是错误，因为读取到的是 RGB 索引值而非实际数据，但是因为限定了文件的参数和对结果的取值不关心才这样使用。
　　实际提取 RGB 色的图像数据应该首先定义 RGB 的结构
　　typedef struct tagRGBQUAD { /* rgbq */
　　char rgbBlue[2];
　　char rgbGreen[2];
　　char rgbRed[2];
　　char rgbReserved[2];
　　N 等于 2 biBitCount ，当 biBitCount 等于 1 ， 4 ， 8 时成立，等于 16 和 24 时不需要这部分。
　　然后读取图像数据，按照 BMP 文件格式说明的方式计算索引值，得到每个像素点的 RGB 值。
　　当需要转化为单色时用 Y = 0.299R+0.587G+0.114B 计算灰度值，大于该值表示亮（白），反之则表示暗（黑）。同样 16 位和 24 位按照相应的说明取得 RGB 值进行计算和转换。
　　发表于 @ 2009年09月27日　13:43:00 | | 举报|
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