設備無關位圖(Device Independent Bitmap)是可以保存在磁盤的位圖文件,可以從磁盤讀取到內存或者從內存保存到磁盤上。它的文件結構是標准化的,可以在Windows/Linux/Unix等平台上顯示相同的效果。本文主要介紹了
- 如果將位圖文件從磁盤讀到內存中
- 在內存中對位圖文件進行操作后,如何將位圖保存到磁盤
1 讀取位圖到內存中
1.1 DIB文件結構
要將位圖文件(.bmp)從磁盤讀取到內存,首先要了解其文件結構。DIB的文件組成有以下4個部分:
- 文件表頭,主要包含了文件的類型(必須是BM),文件的大小(所占用的字節數)和位圖的像素矩陣的便宜量。
- 信息表頭,包含了兩部分內容:位圖的相關信息(位圖的大小、位深度、位面數、壓縮和編碼等)和指向RGB顏色表(調色盤)的指針。
- RGB色彩對照表,也就是調色板,不一定會有。16位及以上直接使用RGB通道表示顏色,一般不需要調色板。
- 位圖的像素信息矩陣,表示具體的像素。1,4,8位顏色,保存的是調色板的索引,具體的顏色根據索引在調色板中查找;16位及其以上不使用調色板,直接使用RGB組成像素顏色。
1.2 在Windows下DIB的內存結構
要將DIB數據讀取到內存,就需要在內存中分配相應的空間。Windows提供了幾種結構體,結構體中的字段對應着DIB文件的各個信息值,具體如下
引用自 http://blog.csdn.net/wenzhou1219/article/details/26162869
將DIB讀取到內存只需要將磁盤數據填充到相應到結構體即可。在磁盤上DIB需要連續的結構存儲,在內存中則不需要連續的存儲空間,可以分段將數據讀取到相應的結構體中。
讀取DIB到內存的具體步驟:
- 將文件頭信息讀取到BITMAPFILEHEADER結構體中。
- 將位圖頭信息讀取到BITMAPINFOHEADER結構體中。
- 如果有調色板,則將其信息讀取到RGBQUAD中。
- 讀取位圖像素信息到像素矩陣中。
fp.Read(&bmfileHeader, sizeof(BITMAPFILEHEADER)); // 讀取BMP文件頭
...
//讀取文件信息頭
ret = fp.Read(&bmHeader, sizeof(BITMAPINFOHEADER));
...
fp.Read(m_dibBits, GetBodySize()); //讀取像素信息
1.3 結構體各字段信息
BITMAPFILEHEADER
代表文件頭信息的結構體BITMAPFILEHEADER的聲明如下:
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
WORD bfType;
DWORD bfSize;
WORD bfReserved1;
WORD bfReserved2;
DWORD bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER
其中,
- bfType是文件類型,該字段必須是BM,如果不是則說明該文件不是DIB。
- bfSize是位圖文件的大小(字節數)
- bfReserved1和bfReserved2 是保留字段
- bfOffBits 從BITMAPFILEHEADER的起始位置到位圖像素的字節偏移量。
BITMAPINFO
在上面提到,位圖信息和位圖的調色板是存放在同一個結構體中的,該結構體就是BITMAPINFO,其聲明如下
typedef struct tagBITMAPINFO {
BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
RGBQUAD bmiColors[1];
} BITMAPINFO, *PBITMAPINFO;
bmiHeader是位圖頭信息
bmiColors是調色板
BITMAPINFOHEADER
位圖的頭信息結構BITMAPINFOHEADER,該結構包含了DIB的尺寸和顏色格式等信息,聲明如下
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
其中,
- biSize是該結構體所占用的字節說
- biWidth DIB的寬(以像素為單位),如果biCompression是BI_JPEG或者BI_PNG,則biWidth是解壓縮后JPEG或者PNG圖像的寬度。
- biHeight,DIB的高(以像素為單位)。
- 如果biHeight是正的,則DIB的像素是按照從下往上(bottom-up,也就是像素數組的第一行保存的實際是DIB的最后一行像素值),圖像源點在左下角。
- 如果biHeight是負的,則DIB的像素是按照從上往下保存的(up-bottom),而且像素的數據是不能被壓縮的其biCompression必須是BI_RGB或者BI_FIELDS
- 如果biCompression是BI_JPEG或者BI_PNG,則biHeight是解壓縮后JPEG或者PNG的高
- biPlanes 目標設備的平面數,總是設為1.
- biBitCount,每個像素所占用的位數。0,表示JPEG或者PNG指定每個像素所占用的位數。還可以是1,4,8,16,24,32。
- biCompression,數據的壓縮方法(up-down的DIB不能被壓縮),可以是以下值:
- BI_RGB / BI_FIELDS未被壓縮
- BI_RLE4 / BI_RLE8 使用游程長度編碼 (RLE,run-length encode)
- BI_JPEG / BI_PNG 指示該圖像是JPEG或者PNG圖像。
- biSizeImage 圖像的字節數,對於BI_RGB的DIB其值為0.
- biXPelsPerMeter / biYPelsPerMeter 顯示該DIB的目標設備所需的分辨率(單位是像素每米)
- biClrUsed DIB實際使用調色板中的顏色個數,通常為0表示使用調色板中的全部顏色。
- biClrImportant 顯示DIB所必須的顏色個數,通常為0表示全部顏色都是必須的。
詳細的解釋參見 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd183376(v=vs.85).aspx
RGBQUAD
typedef struct tagRGBQUAD {
BYTE rgbBlue;
BYTE rgbGreen;
BYTE rgbRed;
BYTE rgbReserved;
} RGBQUAD;
注意,其存儲順序是BGR。
1.3 DIB的結構實例
是一幅寬和高都是32的位圖(放大后,可以看到表示像素的一個個方塊),其有16種顏色。下面是該圖像的16進制數據
- 首先是文件的頭信息 BITMAPFILEINFO 共有14個字節(0x00-0x0D),其起始的兩個字節為0x4d42(大端存儲,高位在前)表示文件類型為BM,最后4個字節 0x0076是位圖的像素信息相對於文件頭的偏移量,也就是從0x0076為圖像的像素信息。
- 下面是位圖的頭信息 BITMAPINFOHEADER共有40個字節(0x0E-0x35),起始的4個字節是0x0028就是該結構體的大小,緊接着的4個字節是圖像的寬0x0020
- 跟着是圖像的調色板,0x36 - 0x75。調色板共有16種顏色,也就是說有調色板中有16個RGBQUAD,其大小為16 * 4.
- 最后是位圖的數據 0x76-0x275
1.4 讀取
CFile fp(dibName, CFile::modeRead | CFile::typeBinary);
BITMAPFILEHEADER bmfileHeader;
BITMAPINFOHEADER bmHeader;
ULONGLONG headpos;
int paletteSize = 0;
int ret, cbHeaderSize;
headpos = fp.GetPosition(); // 獲取文件指針的位置
ret = fp.Read(&bmfileHeader, sizeof(BITMAPFILEHEADER)); // 讀取BMP文件頭
if (bmfileHeader.bfType != 0x4d42) //判斷文件類型標頭是不是x4d42,表示該文件為BMP類型文件
{
AfxMessageBox(_T("文件不是bmp!"));
return;
}
//讀取文件信息頭
ret = fp.Read(&bmHeader, sizeof(BITMAPINFOHEADER));
// 計算RGBQUAD的大小
switch (bmHeader.biBitCount)
{
case 1:
paletteSize = 2;
break;
case 4:
paletteSize = 16;
break;
case 8:
paletteSize = 256;
break;
}
// 為BITMAPINFO分配存儲空間
cbHeaderSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER)+paletteSize * sizeof(RGBQUAD);
m_dibInfo = (BITMAPINFO*) new char[cbHeaderSize];
m_dibInfo->bmiHeader = bmHeader;
if (paletteSize) //是否有調色板
{
ret = fp.Read(&(m_dibInfo->bmiColors[0]), paletteSize * sizeof(RGBQUAD));
if (ret != int(paletteSize * sizeof(RGBQUAD) ) )
{
delete[] m_dibInfo;
m_dibInfo = NULL;
return;
}
}
//為像素數組分配存儲空間,大小由GetBodySize決定
m_dibBits = (void*) new char[GetBodySize()];
fp.Seek(headpos + bmfileHeader.bfOffBits, CFile::begin); // 將文件指針移動到DIB像素數組
ret = fp.Read(m_dibBits, GetBodySize());
if (ret != int(GetBodySize()))
{
delete[] m_dibInfo;
delete[] m_dibBits;
m_dibInfo = NULL;
m_dibBits = NULL;
}
fp.Close();
知道了DIB的文件結構后,讀取其到內存還是挺簡單的,需要注意的是DIB的像素數組的大小。由於DIB的寬度需要時4的倍數,不是的話需要填充0將其湊成4的倍數,所以其像素數組的大小不能簡單的width * height * biBitCount / 8,其中biBitCount是每個像素占用的位數。其具體的計算方法如下
- 首先計算一行所占用的字節數 bytesPerLine
bytesPerLine = ((m_dibInfo->bmiHeader.biWidth * m_dibInfo->bmiHeader.biBitCount + 31) / 32 ) * 4
- 將bytesPerLine乘以圖像的高
bytesPerLine * m_dibInfo->bmiHeader.biHeight
1.5 總結
本文主要對DIB的文件結構以及其對應的內存中的結構體做了一個總結,並對一個具體的DIB16進制數據結構進行分析,最后實現了如何將一個DIB數據讀取到內存中。
一直對位圖結構不是很了解,趁着在公司實習沒有具體的工作安排,對DIB的結構作了個總結。至於如何將處理后的位圖數據寫回磁盤文件,在知道位圖結構的情況下,只需要填充相應的結構字段就行了,需要注意的還是位圖的寬需要是4的倍數,不是的話要用0補齊。本來想寫個DEMO的但是太累,明天再說吧。