數字圖像與機器視覺基礎入門——圖片格式入門學習（BMP）

1）用圖畫板或其他圖像編輯軟件(Photoshop/GIMP、cximage、IrfanView等)打開一個彩色圖像文件，將其分別保存為 32位、16位彩色和256色、16色、單色的位圖（BMP)文件，對比其文件大小，並計算分析這些圖片在內存中的存儲容量是多少？當保存為BMP文件時，將用文件頭來記錄圖像的屬性，請問：BMP文件頭是多大？是什么格式？上述5個類型的BMP的文件頭內容有什么差異？

一、位圖(BMP)

1、簡介

BMP是英文Bitmap的簡寫，它是Windows操作系統中的標准圖像文件格式，能夠被多種Windows應用程序所支持。隨着Windows操作系統的流行與豐富的Windows應用程序的開發，BMP位圖格式理所當然地被廣泛應用。這種格式的特點是包含的圖像信息較豐富，幾乎不進行壓縮，但由此導致了它與生俱來的缺點--占用磁盤空間過大。所以，BMP在單機上比較流行。

位圖文件的總體構造如下

BMP文件的數據按照從文件頭開始的先后順序分為四個部分：

1bmp文件頭(bmp file header)：提供文件的格式、大小等信息

2位圖信息頭(bitmap information)：提供圖像數據的尺寸、位平面數、壓縮方式、顏色索引等信息

3調色板(color palette)：調色板就是索引與其對應的顏色的映射表

4位圖數據(bitmap data)：保存的各個像素的顏色，也就是圖像數據

下面結合Windows結構體的定義，通過一個表來分析這四個部分。

我們先將，將jpg格式的原圖分別保存為單色，16色，24色，256位圖，再分析具體內容，轉換成bmp的結果大小分別如下

我們再通過notepad++將文件讀取成為hex格式分析每個部分

（PS:在bmp文件中如果一個數據需要用幾個字節來表示的話，那么該數據的存放字節順序為“低地址村存放低位數據，高地址存放高位數據”，即小端方式也就是倒過來的）

2、文件頭

正如前面說的文件頭包含了圖片的相關文件信息，具體的內容介紹如下表

對照着我們剛剛的圖片進行分析，通過notepad打開單色位圖文件，然后使用hexeditor打開

在0--1 他的數據時 424d,424dh = 'BM',表示這是Windows支持的位圖格式。有很多聲稱開頭兩個字節必須為'BM'才是位圖文件，從上表來看應為開頭兩個字節必須為'BM'才是Windows位圖文件。

2-5 ：0697beh 這個是表示的這個圖片的大小

通過進制轉換可以得到為432062，對比文件信息發現是一致的

6-9 ：這里為保留字段都要為0

A-D：0000003e 表示這圖片數據的偏移字節，轉化為十進制為62，再在后面可以驗證這個數字

3、位圖信息頭

同樣地，Windows為位圖信息頭定義了如下結構體：

繼續對照數據文件

0E-11：00000028h = 40,這就是說我這個位圖信息頭的大小為40個字節，前面我們已經說過位圖信息頭一般有40個字節，既然是這樣，為什么這里還要給一個字段來說明呢？當時由於要區別不同的版本字節頭是有不同大小的，如下圖所示

​ 出於兼容性的考慮，大多數應用使用了舊版的位圖信息頭來保存文件。而 OS/2 已經過時了,因此現在最常用的格式就僅有V3 header了。因此，我們在前面說位圖信息頭的大小為40字節。

12-15：000008fch = 2300，表示圖像寬為2300像素，

16-19：000005dch = 1500，表示圖像高為1500像素。還有通過這里可以發現這是一個正數，說明圖像數據是從圖像左下角到右上角排列的。

通過查看圖片屬性發現是一致的，這個圖片就是2300*1500像素大小的

1A-1B：0001h, 該值總為1。

1C-1D：0001h = 1, 表示每個像素占1個比特，即該圖像共有2種顏色。由於這里是單色位圖所以是溫和的

1E-21：00000000h，代表BI_RGB， 說明本圖像不壓縮。

22-25：00069780h，在使用BI_RGB時可以設置為0，但我這里他表示是圖像的大小

26-29：00001274h，水平分辨率

2A-2D：00001274h，垂直分辨率

2E-31：00000000h ,本來表示的本位圖實際使用的顏色索引數，閱讀上文的表格可得知這個圖片這里為0表示需要所有的調色板項

32-35：00000000h ,本來說明本位圖重要的顏色索引數為多少，這個圖片這里為零表示都很重要。

4、調色板

下面的數據就是調色板了。調色板其實是一張映射表，標識顏色索引號與其代表的顏色的對應關系。它在文件中的布局就像一個二維數組 其中N表示總的顏色索引數，每個里頭的四個元素分別表示該索引對應的B、G、R和Alpha的值，每個分量占一個字節。如不設透明通道時，Alpha為0。

在我這里使用的圖片中，只有2個顏色索引。也就是從36開始到3d的8個字節00 00 00 00 和 FF FF FF 00，由於沒設透明度所以Alpha是0，只有兩個顏色所以一個是白色一個是黑色。

現在我們再來看最開始的位圖信息偏移量的那個62

一共有2種顏色，每個顏色占用4個字節，就是一共8個字節，再加上前面的文件信息頭和位圖信息頭的54個字節加起來一共是62個字節。也就是說在位圖數據出現之前一共有62個字節，與我們在文件信息頭得到的信息：文件頭到文圖數據區的偏移為62個字節一致，也就是像0A--0D中數據一樣，位圖文件從3E開始。

5、位圖數據

下面就是位圖數據了，每個像素占一個字節，取得這個字節后，以該字節為索引查詢相應的顏色，並顯示到相應的顯示設備上就可以了。

注意：由於位圖信息頭中的圖像高度是正數，所以位圖數據在文件中的排列順序是從左下角到右上角，以行為主序排列的。

也即我們見到的第一個像素60是圖像最左下角的數據，第二個人像素60為圖像最后一行第二列的數據，…一直到最后一行的最后一列數據，后面緊接的是倒數第二行的第一列的數據，依此類推。

如果圖像是24位或是32位數據的位圖的話，位圖數據區就不是索引而是實際的像素值了。下面說明一下，此時位圖數據區的每個像素的RGB顏色陣列排布：

24位RGB按照BGR的順序來存儲每個像素的各顏色通道的值，一個像素的所有顏色分量值都存完后才存下一個下一個像素，不進行交織存儲。

32位數據按照BGRA的順序存儲，其余與24位位圖的方式一樣。

像素的排布規則與前述一致。

2）將一幅彩色照片分別保存為BMP、JPG、GIF和PNG格式，對比它們的文件大小比，判斷圖像的壓縮保存后的壓縮比率。

二、其他圖片格式以及圖像壓縮比率

首先依然是將原圖存儲為另外幾種格式的圖片，查看文件大小如下

對比文件大小可以發現，png壓縮約為20%,jpg約為5%,gif約為10%

（關於另外幾種圖片格式具體內容以后有機會在學習，再對這博客進行補充吧，先完成作業要緊😀）

參考網站：

https://blog.csdn.net/nicholas_duan/article/details/90717599