DIB（设备无关位图）编程系列（一）——基本知识和文件结构

先介绍有关位图的相关知识，然后在接下来的几篇文章中，介绍怎么编程来处理位图……

一：彩色图的概念

彩色图是怎么回事呢？我们先来说说三元色RGB概念。

我们知道，自然界中的所有颜色都可以由红、绿、蓝(R，G，B)组合而成。有的颜色含有红色成分多一些，如深红；有的含有红色成分少一些，如浅红。针对含有红色成分的多少，可以分成0到255共256个等级，0级表示不含红色成分；255级表示含有100%的红色成分。同样，绿色和蓝色也被分成256级。这种分级概念称为量化。

这样，根据红、绿、蓝各种不同的组合我们就能表示出256×256×256，约1600万种颜色。这么多颜色对于我们人眼来说已经足够丰富了。

你大概已经明白了，当一幅图中每个象素赋予不同的RGB值时，能呈现出五彩缤纷的颜色了，这样就形成了彩色图。的确是这样的，但实际上的做法还有些差别。让我们来看看下面的例子。

有一个长宽各为200个象素，颜色数为16色的彩色图，每一个象素都用R、G、B三个分量表示。因为每个分量有256个级别，要用8位(bit)，即一个字节(byte)来表示，所以每个象素需要用3个字节。整个图像要用200×200×3，约120k字节，可不是一个小数目呀！如果我们用下面的方法，就能省的多。

因为是一个16色图，也就是说这幅图中最多只有16种颜色，我们可以用一个表：表中的每一行记录一种颜色的R、G、B值。这样当我们表示一个象素的颜色时，只需要指出该颜色是在第几行，即该颜色在表中的索引值。举个例子，如果表的第0行为(255，0，0) (红色)，那么当某个像素为红色时，只需要标明0即可。

让我们再来计算一下：16种状态可以用4位(bit)表示，所以一个象素要用半个字节。整个图像要用200×200×0.5，约20k字节，再加上表占用的字节为3×16=48字节，整个占用的字节数约为前面的1/6，省很多吧？

这张R、G、B的表，就是我们常说的调色板(Palette)，另一种叫法是颜色查找表LUT(LookUp Table)，似乎更确切一些。Windows位图中便用到了调色板技术。其实不光是Windows位图，许多图像文件格式如pcx、tif、gif等都用到了。所以很好地掌握调色板的概念是十分有用的。

有一种图，它的颜色数高达256×256×256种，也就是说包含我们上述提到的R、G、B颜色表示方法中所有的颜色，这种图叫做真彩色图(true color)。真彩色图并不是说一幅图包含了所有的颜色，而是说它具有显示所有颜色的能力，即最多可以包含所有的颜色。表示真彩色图时，每个象素直接用R、G、B三个分量字节表示，而不采用调色板技术。原因很明显：如果用调色板，表示一个象素也要用24位，这是因为每种颜色的索引要用24位(因为总共有224种颜色，即调色板有224行)，和直接用R，G，B三个分量表示用的字节数一样，不但没有任何便宜，还要加上一个256×256×256×3个字节的大调色板。所以真彩色图直接用R、G、B三个分量表示，它又叫做24位色图。

二、DIB简介

DIB：即Device-independent bitmap 设备无关位图文件。设备无关简单的说就是：DIB的颜色模式与设备无关。例如，一个256色的DIB即可以在真彩色显示模式下使用，也可以在16色模式下使用。256色以下(包括256色)的DIB拥有自己的颜色表（为什么真彩图没有调色板的原因已经在上面说过了），像素的颜色独立于系统调色板。由于DIB不依赖于具体设备，因此可以用来永久性地保存图像。

DIB一般是以*.BMP文件的形式保存在磁盘中的，有时也会保存在*.DIB文件中。

三、bmp文件数据结构

介绍完了关于彩色图和DIB的相关知识后，介绍有关bmp格式文件的在存储时的相关数据结构。

bmp文件结构分四部分如下图：




3.1：位图文件头信息

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

WORD bfType;

DWORD bfSize;

WORD bfReserved1;

WORD bfReserved2;

DWORD bfOffBits;

} BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;

这个数据结构的长度是固定的，为14个字节（WORD为无符号16位整型，DWORD为无符号32位整型，所以（16*3+32*2）/8=14字节 ）。

参数含义（摘自MSDN）：

bfType

Specifies the file type, must be BM.（指定文件类型，必须是0x4d42，即字符串”BM”。）

bfSize

Specifies the size, in bytes, of the bitmapfile. （指定文件大小，包括这14个字符）

bfReserved1

Reserved; must be zero. （保留字）

bfReserved2

Reserved; must be zero. （保留字）

bfOffBits

Specifies the offset, in bytes, from thebeginning of the BITMAPFILEHEADER structure to the bitmap bits.（为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数，即位图文件头+位图信息头+调色板）



3.2、位图信息头

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, *PBITMAPINFOHEADER;



这个结构体的长度也是固定的，为40个字节（LONG为32位整型）。

参数说明（简单说明，具体参看MSDN）：



biSize

指定这个结构的长度，为40。

biWidth

指定图像的宽度，单位是像素。

biHeigth

指定图像的高度，单位是像素。

biPlanes

必须是1.

biBitCount

指定表示颜色时要用到的位数，常用的值为1、4、8、24。

biCompression

指定位图是否压缩，有效值为一些windows定义好的常量。

biSizeImage

指定实际的位图数据占用的字节数（也就是bmp文件结构图第四部分的字节数）。

可以从公式 biSizeImage = biWidth * biHeight（biWidth必须是4的整数倍）算出。

该项可能为0。

biXPelsPerMeter

指定目标设备的水平分辨率，单位是每米的像素个数

biYPelsPerMeter

指定目标设备的垂直分辨率，单位是每米的像素个数

biClrUsed

指定本图像实际用到的颜色数，如果为0，则用到得颜色数为2biBitCount

biClrImportant

指定重要颜色数，如果为0，则所有颜色都重要。



3.3、调色板

是一个数组，共有biClrUsed个元素（如果biClrUsed为0，则有2biBitCount­个）

数组中的每个元素的类型是一个RGBQUAD结构体，占4个字节，定义如下：

typedef struct tagRGBQUAD {

BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝分量

BYTE rgbGreen; //该颜色的绿分量

BYTE rgbRed; //该颜色的红分量

BYTE rgbReserved;

} RGBQUAD;

一定注意不是红绿蓝而是绿蓝红。



3.4、下来就是实际的图像数据了。

注意两点：

一：每一行的字节数必须是4的倍数，如果不是，则需要补全。

二：一般来说，bmp文件数据是从下到上，从左到右。也就是文件中先读到的是图像最下面一行最左边的第一个像素，最后得到是最上面一行最右边的像素。