BMP图像读取

2023-06-27 19:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

0. BMP格式介绍

根据百度百科对BMP的定义，我们知道BMP是Bitmap（位图）的简称，是Windows操作系统中的标准图像文件格式。其特点是由于几乎不进行压缩，所以包含的图像信息较丰富，但同时也到之占用的磁盘空间较大。

1 文件格式

位图文件由4个部分组成：

位图头文件（bitmap-file header)位图信息头（bitmap-information header)颜色表（color table)：使用索引来表示图像，此时颜色表就是索引与其对应的颜色之间的映射表（即通过索引值，结合颜色表，找到对应的像素信息）位图数据（data bits)

上述不同的部分，有不同的数据结构，下面分别介绍前面3个部分的数据结构。

数据段名称对应的Windows结构体定义大小（Byte）bmp文件头 BITMAPFILEHEADER 14bmp信息头 BITMAPINFOHEADER 40颜色表由颜色索引数决定bmp数据由图像尺寸决定 2 位图头文件

本文，以上图来分析BMP图像的文件格式。在分析图像数据之前，需要强调的是BMP文件中，数据的存储方式为小端方式（little endian)，即假设一个数据需要多个字节来表示，那么数据的存放字节的顺序为“低地址存放地位数据，高地址存放高位数据”。在十六进制中，一个数字占4位，因此每个字节可以存储2个十六进制数字。

因此，对于数据0x1756在内存中的存储顺序为：

位图头文件的结构体定义如下：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { UINT16 bfType; // 19778，必须是BM字符串，对应的十六进制为0x4d42,十进制为19778，否则不是bmp格式文件 DWORD bfSize; // 文件大小以字节为单位(2-5字节) UINT16 bfReserved1; // 保留，必须设置为0 (6-7字节) UINT16 bfReserved2; // 保留，必须设置为0 (8-9字节) DWORD bfOffBits; // 从文件头到像素数据的偏移 (10-13字节) } BITMAPFILEHEADER;

在VScode中，可以通过安装hexdump插件来以二进制的形式查看BMP图像数据。

对照结构体和文件数据可以看到：

0-1 ： 0x4d42='BM'，表示这是Windows支持的位图格式

2-5 ： 0x000088EA表示文件大小

6-9 : 保留段，为0

A-D : 0x00000436=1078，表示从文件头到位图数据需要偏移1078个字节

【注意】利用fopen打开文件，得到文件句柄读取相应的数据时，存在一个问题就是结构体内存对齐。这个会使得后续数据的读取出现错误。

何为内存对齐具体可以参考文章：结构体成员在内存中的对齐方式

上述问题的具体表现可以通过如下的代码进行实现：

#include typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { unsigned short bfType; // 19778，必须是BM字符串，对应的十六进制为0x4d42,十进制为19778，否则不是bmp格式文件(0-4) int bfSize; // 文件大小以字节为单位(2-5字节) (4-8) unsigned short bfReserved1; // 保留，必须设置为0 (6-7字节) (8-10) unsigned short bfReserved2; // 保留，必须设置为0 (8-9字节) (10-12) int bfOffBits; // 从文件头到像素数据的偏移 (10-13字节) (12-16) } BITMAPFILEHEADER; int main(int argc, char* argv[]) { printf("sizeof(BITMAPFILEHEADER) = %lu\n", sizeof(BITMAPFILEHEADER)); return 0; } // sizeof(BITMAPFILEHEADER) = 16

那么如何关闭结构体的内存对齐，有两种方式：添加预处理指令 #pragma pack(1) 或者 __attribute__ ((packed))。这两种方式的区别在于：

#pragma pack(1)预处理指令，是关闭整个文件的内存对齐模式__attribute__ ((packed))指令，则是针对指定的结构体 #include // #pragma pack(1) typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { unsigned short bfType; // 19778，必须是BM字符串，对应的十六进制为0x4d42,十进制为19778，否则不是bmp格式文件(0-4) int bfSize; // 文件大小以字节为单位(2-5字节) (4-8) unsigned short bfReserved1; // 保留，必须设置为0 (6-7字节) (8-10) unsigned short bfReserved2; // 保留，必须设置为0 (8-9字节) (10-12) int bfOffBits; // 从文件头到像素数据的偏移 (10-13字节) (12-16) }__attribute__ ((packed)) BITMAPFILEHEADER; int main(int argc, char* argv[]) { printf("sizeof(BITMAPFILEHEADER) = %lu\n", sizeof(BITMAPFILEHEADER)); return 0; } // sizeof(BITMAPFILEHEADER) = 14 3 位图信息头

位图信息头的结构体定义如下：

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { unsigned int biSize; // 此结构体的大小 (14-17字节) long biWidth; // 图像的宽 (18-21字节) long biHeight; // 图像的高 (22-25字节) unsigned short biPlanes; // 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 (26-27字节) unsigned short biBitCount; // 一像素所占的位数，一般为24 (28-29字节) unsigned int biCompression; // 说明图象数据压缩的类型，0为不压缩。 (30-33字节) unsigned int biSizeImage; // 像素数据所占大小, 这个值应该等于上面文件头结构中bfSize-bfOffBits (34-37字节) long biXPelsPerMeter; // 说明水平分辨率，用象素/米表示。一般为0 (38-41字节) long biYPelsPerMeter; // 说明垂直分辨率，用象素/米表示。一般为0 (42-45字节) unsigned int biClrUsed; // 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）。 (46-49字节) unsigned int biClrImportant; // 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。(50-53字节) } BITMAPINFOHEADER; 4 颜色表

颜色表本质上是一个查询表，通过颜色序号来查询对应的颜色。在文件中的布局类似一个二维数组palette[N][4]. 其中4个元素分别表示对应的B，G，R和Alpha的值，每个分量占一个字节。N一般等于256。

一共有256种颜色，每个颜色占用4个字节，就是一共1024个字节，再加上前面的文件信息头和位图信息头的54个字节加起来一共是1078个字节。

5. 位图数据

位图数据中，每个像素占一个字节，以该字节的数作为颜色索引去颜色表查询相应的颜色，并将其显示出来即可。

6. 参考链接

C实现BMP转JPG 附源码_等jzy的博客-CSDN博客_c语言bmp转jpg

用c、cpp实现位图(BMP)读入写出的思路及细节 - et3_tsy - 博客园 (cnblogs.com)

C语言实现BMP图像的读写功能_C 语言_脚本之家 (jb51.net)

利用C语言读取BMP文件 - 知乎 (zhihu.com)

BMP文件格式详解（BMP file format） - 姚伟峰 - 博客园 (cnblogs.com)

结构体成员在内存中的对齐方式 – My Code

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