【转】DIB位图（Bitmap）的读取和保存

墨蓝 2023-01-13 15:58 550阅读 0赞

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设备无关位图（Device Independent Bitmap）是可以保存在磁盘的位图文件，可以从磁盘读取到内存或者从内存保存到磁盘上。它的文件结构是标准化的，可以在Windows/Linux/Unix等平台上显示相同的效果。本文主要介绍了

1.  如果将位图文件从磁盘读到内存中
2.  在内存中对位图文件进行操作后，如何将位图保存到磁盘

### 1 读取位图到内存中 ###

1.1 DIB文件结构

要将位图文件（.bmp）从磁盘读取到内存，首先要了解其文件结构。DIB的文件组成有以下4个部分：

1.  文件表头，主要包含了文件的类型（必须是BM），文件的大小（所占用的字节数）和位图的像素矩阵的便宜量。
2.  信息表头，包含了两部分内容：位图的相关信息（位图的大小、位深度、位面数、压缩和编码等）和指向RGB颜色表（调色盘）的指针。
3.  RGB色彩对照表，也就是调色板，不一定会有。16位及以上直接使用RGB通道表示颜色，一般不需要调色板。
4.  位图的像素信息矩阵，表示具体的像素。1，4，8位颜色，保存的是调色板的索引，具体的颜色根据索引在调色板中查找；16位及其以上不使用调色板，直接使用RGB组成像素颜色。

1.2 在Windows下DIB的内存结构

要将DIB数据读取到内存，就需要在内存中分配相应的空间。Windows提供了几种结构体，结构体中的字段对应着DIB文件的各个信息值，具体如下  
![alter][]

> 引用自 [http://blog.csdn.net/wenzhou1219/article/details/26162869][http_blog.csdn.net_wenzhou1219_article_details_26162869]

将DIB读取到内存只需要将磁盘数据填充到相应到结构体即可。在磁盘上DIB需要连续的结构存储，在内存中则不需要连续的存储空间，可以分段将数据读取到相应的结构体中。  
读取DIB到内存的具体步骤：

1.  将文件头信息读取到BITMAPFILEHEADER结构体中。
2.  将位图头信息读取到BITMAPINFOHEADER结构体中。
3.  如果有调色板，则将其信息读取到RGBQUAD中。
4.  读取位图像素信息到像素矩阵中。

fp.Read(&bmfileHeader, sizeof(BITMAPFILEHEADER)); // 读取BMP文件头 
    ...
    //读取文件信息头
    ret = fp.Read(&bmHeader, sizeof(BITMAPINFOHEADER)); 
    ...
    fp.Read(m_dibBits, GetBodySize());  //读取像素信息

1.3 结构体各字段信息

BITMAPFILEHEADER

代表文件头信息的结构体BITMAPFILEHEADER的声明如下：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
            WORD    bfType;
            DWORD   bfSize;
            WORD    bfReserved1;
            WORD    bfReserved2;
            DWORD   bfOffBits;
    } BITMAPFILEHEADER

其中，

*  bfType是文件类型，该字段必须是**BM**，如果不是则说明该文件不是DIB。
 *  bfSize是位图文件的大小（字节数）
 *  bfReserved1和bfReserved2 是保留字段
 *  bfOffBits 从BITMAPFILEHEADER的起始位置到位图像素的字节偏移量。

BITMAPINFO

在上面提到，位图信息和位图的调色板是存放在同一个结构体中的，该结构体就是BITMAPINFO，其声明如下

typedef struct tagBITMAPINFO {
      BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
      RGBQUAD          bmiColors[1];
    } BITMAPINFO, *PBITMAPINFO;

bmiHeader是位图头信息  
bmiColors是调色板

BITMAPINFOHEADER

位图的头信息结构BITMAPINFOHEADER，该结构包含了DIB的尺寸和颜色格式等信息，声明如下

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是该结构体所占用的字节说
 *  biWidth DIB的宽（以像素为单位），如果biCompression是BI\_JPEG或者BI\_PNG，则biWidth是解压缩后JPEG或者PNG图像的宽度。
 *  biHeight，DIB的高（以像素为单位）。
    
     *  如果biHeight是正的，则DIB的像素是按照从下往上（bottom-up，也就是像素数组的第一行保存的实际是DIB的最后一行像素值），图像源点在左下角。
     *  如果biHeight是负的，则DIB的像素是按照从上往下保存的（up-bottom），而且像素的数据是不能被压缩的其biCompression必须是BI\_RGB或者BI\_FIELDS
     *  如果biCompression是BI\_JPEG或者BI\_PNG，则biHeight是解压缩后JPEG或者PNG的高
 *  biPlanes 目标设备的平面数，总是设为1.
 *  **biBitCount**，每个像素所占用的位数。0，表示JPEG或者PNG指定每个像素所占用的位数。还可以是1,4,8,16,24,32。
 *  biCompression，数据的压缩方法（up-down的DIB不能被压缩），可以是以下值：
    
     *  BI\_RGB / BI\_FIELDS未被压缩
     *  BI\_RLE4 / BI\_RLE8 使用游程长度编码 （RLE，run-length encode）
     *  BI\_JPEG / BI\_PNG 指示该图像是JPEG或者PNG图像。
 *  biSizeImage 图像的字节数，对于BI\_RGB的DIB其值为0.
 *  biXPelsPerMeter / biYPelsPerMeter 显示该DIB的目标设备所需的分辨率（单位是像素每米）
 *  biClrUsed DIB实际使用调色板中的颜色个数，通常为0表示使用调色板中的全部颜色。
 *  biClrImportant 显示DIB所必须的颜色个数，通常为0表示全部颜色都是必须的。

> 详细的解释参见 [https://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd183376(v=vs.85).aspx][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，其存储顺序是BGR。

1.3 DIB的结构实例

![c7c988ac20a650fd21d26fd0e9e16fc6.png][]  
是一幅宽和高都是32的位图（放大后，可以看到表示像素的一个个方块），其有16种颜色。下面是该图像的16进制数据  
![9bf8c8a7e79761c7751e0001c38dcb73.png][]

*  首先是文件的头信息 BITMAPFILEINFO 共有14个字节（0x00-0x0D），其起始的两个字节为0x4d42（大端存储，高位在前）表示文件类型为BM，最后4个字节 0x0076是位图的像素信息相对于文件头的偏移量，也就是从0x0076为图像的像素信息。
 *  下面是位图的头信息 BITMAPINFOHEADER共有40个字节（0x0E-0x35），起始的4个字节是0x0028就是该结构体的大小，紧接着的4个字节是图像的宽0x0020
 *  跟着是图像的调色板，0x36 - 0x75。调色板共有16种颜色，也就是说有调色板中有16个RGBQUAD，其大小为16 \* 4.
 *  最后是位图的数据 0x76-0x275

1.4 读取

CFile fp(dibName, CFile::modeRead | CFile::typeBinary);
        BITMAPFILEHEADER bmfileHeader;
        BITMAPINFOHEADER bmHeader;
        ULONGLONG headpos;
        int paletteSize = 0;
        int ret, cbHeaderSize;
        headpos = fp.GetPosition(); // 获取文件指针的位置
        ret = fp.Read(&bmfileHeader, sizeof(BITMAPFILEHEADER)); // 读取BMP文件头
        if (bmfileHeader.bfType != 0x4d42) //判断文件类型标头是不是x4d42，表示该文件为BMP类型文件
        {
            AfxMessageBox(_T("文件不是bmp!"));
            return;
        }
        //读取文件信息头
        ret = fp.Read(&bmHeader, sizeof(BITMAPINFOHEADER));
        // 计算RGBQUAD的大小
        switch (bmHeader.biBitCount)
        {
        case 1:
            paletteSize = 2;
            break;
        case 4:
            paletteSize = 16;
            break;
        case 8:
            paletteSize = 256;
            break;
        }
        // 为BITMAPINFO分配存储空间
        cbHeaderSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER)+paletteSize * sizeof(RGBQUAD);
        m_dibInfo = (BITMAPINFO*) new char[cbHeaderSize];
        m_dibInfo->bmiHeader = bmHeader;
        if (paletteSize) //是否有调色板
        {
            ret = fp.Read(&(m_dibInfo->bmiColors[0]), paletteSize * sizeof(RGBQUAD));
            if (ret != int(paletteSize * sizeof(RGBQUAD) ) )
            {
                delete[] m_dibInfo;
                m_dibInfo = NULL;
                return;
            }
        }
        //为像素数组分配存储空间，大小由GetBodySize决定
        m_dibBits = (void*) new char[GetBodySize()];
        fp.Seek(headpos + bmfileHeader.bfOffBits, CFile::begin); // 将文件指针移动到DIB像素数组
        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的文件结构后，读取其到内存还是挺简单的，需要注意的是DIB的像素数组的大小。由于DIB的宽度需要时4的倍数，不是的话需要填充0将其凑成4的倍数，所以其像素数组的大小不能简单的width \* height \* biBitCount / 8，其中biBitCount是每个像素占用的位数。其具体的计算方法如下

1.  首先计算一行所占用的字节数 bytesPerLine  
    `bytesPerLine = ((m_dibInfo->bmiHeader.biWidth * m_dibInfo->bmiHeader.biBitCount + 31) / 32 ) * 4`
2.  将bytesPerLine乘以图像的高  
    `bytesPerLine * m_dibInfo->bmiHeader.biHeight`

1.5 总结

本文主要对DIB的文件结构以及其对应的内存中的结构体做了一个总结，并对一个具体的DIB16进制数据结构进行分析，最后实现了如何将一个DIB数据读取到内存中。

一直对位图结构不是很了解，趁着在公司实习没有具体的工作安排，对DIB的结构作了个总结。至于如何将处理后的位图数据写回磁盘文件，在知道位图结构的情况下，只需要填充相应的结构字段就行了，需要注意的还是位图的宽需要是4的倍数，不是的话要用0补齐。本来想写个DEMO的但是太累，明天再说吧。

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[alter]: /images/20221022/b5fb7fc107ff43839c183da6aa372f33.png
[http_blog.csdn.net_wenzhou1219_article_details_26162869]: http://blog.csdn.net/wenzhou1219/article/details/26162869
[https_msdn.microsoft.com_en-us_library_dd183376_v_vs.85_.aspx]: https://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd183376%28v=vs.85%29.aspx
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