DIB(Device-Independent Bitmap，設備無關位圖)小知識
作者:顧勝元 湯澤江 陳載春
位圖簡介
位圖一共有兩種類型，分別為：設備相關位圖（DDB，Device-Dependent Bitmap）和設備無關位圖（DIB，Device-Independent Bitmap）。GDI bitmap objects （設備相關位圖）are represented by the MFC library CBitmap class.
BMP文件是Windows保存圖像的一種通用文件格式，在數字圖像處理方面占有重要的地位。BMP文件中保存的圖像數據就是一種DIB(Device-Independent Bitmap，即設備無關位圖)，DIB是標準的Windows位圖格式，它自帶顏色信息，因此調色板管理非常容易。
BMP文件的結構
DIB位圖包含下列的顏色和尺寸信息：
＊ 原始設備（即創建圖片的設備）的顏色格式。
＊ 原始設備的分辯率。
＊ 原始設備的調色板（僅用于256色）
＊ 圖像像素數據，由紅、綠、藍（RGB）三個值代表一個像素。
＊ 一個數組壓縮標志，用于表明數據的壓縮方案（如果需要的話）。
以上這些信息保存在BITMAPINFO結構中，該結構由BITMAPINFOHEADER結構和兩個或更多個RGBQUAD結構所組成。BITMAPINFOHEADER結構所包含的成員表明了圖像的尺寸、原始設備的顏色格式、以及數據壓縮方案等信息。RGBQUAD結構標識了像素所用到的顏色數據。
DIB位圖也有兩種形式，分為：bottom-up DIB和top-down DIB。Bottom-up DIB的原點(origin)在圖像的左下角，而top-down DIB的原點在圖像的左上角。如果DIB的高度值（由BITMAPINFOHEADER結構中的biHeight成員標識）是一個正值，那么就表明這個DIB是一個bottom-up DIB，如果高度值是一個負值，那么它就是一個top-down DIB。注意：top-down DIB位圖是不能被壓縮的。
一般來說，BMP文件均為bottom-up DIB形式，即像素數據從下到上，從左到右存儲于文件中。也就是說，從文件中最先讀到的是圖象最下面一行的左邊第一個象素，然后是左邊第二個象素……接下來是倒數第二行左邊第一個象素，左邊第二個象素……依次類推 ，最后得到的是最上面一行的最右一個象素。
位圖文件結構概觀分析：
位圖文件可看成由4個部分組成：位圖文件頭(bitmap-file header)、位圖信息頭(bitmap-information header)、彩色表(color table)和定義位圖的字節陣列，它具有如下所示的形式。
|
位圖文件的組成 |
結構名稱 |
符號 |
|
位圖文件頭(bitmap-file header) |
BITMAPFILEHEADER |
bmfh |
|
位圖信息頭(bitmap-information header) |
BITMAPINFOHEADER |
bmih |
|
彩色表(color table)/調色板（Palette） |
RGBQUAD |
aColors[] |
|
圖象數據陣列 |
BYTE |
aBitmapBits[] |
struct BITMAPFILEHEADER {
WORD bfType;
DWORD bfSize;
WORD bfReserved1;
WORD bfReserved2;
DWORD bfOffBits;
};
struct BITMAPINFOHEADER{
DWORD biSize;
LONG biWidth;
LONG biHeight;
WORD biPlanes;
WORD biBitCount;
DWORD biCompression;
DWORD biSizeImage;
LONG biXPelsPerMeter;
LONG biYPelsPerMeter;
DWORD biClrUsed;
DWORD biClrImportant;
};
struct RGBQUAD {
BYTE rgbBlue;
BYTE rgbGreen;
BYTE rgbRed;
BYTE rgbReserved;
};
位圖文件結構詳細分析：
|
|
偏移量 |
域的名稱 |
大小 |
內容 |
|
圖象文件頭 |
0000h |
bfType = “BM”(0x4D42) |
2 bytes |
兩字節的內容用來識別位圖的類型：
‘BM’ ： Windows 3.1x, 95, NT, …
‘BA’ ：OS/2 Bitmap Array
‘CI’ ：OS/2 Color Icon
‘CP’ ：OS/2 Color Pointer
‘IC’ ： OS/2 Icon
‘PT’ ：OS/2 Pointer
注：因為OS/2系統并沒有被普及開，所以在編程時，你只需判斷第一個標識“BM”就行。 |
|
|
0002h |
bfSize |
1 dword |
用字節表示的整個文件的大小 |
|
|
0006h |
bfReserved1-2 |
1 dword |
保留，必須設置為0 |
|
|
000Ah |
bfOffBits |
1 dword |
從文件開始到位圖數據開始之間的數據(bitmap data)之間的偏移量，即表前三個部分的長度之和 |
|
位圖信息頭 |
000Eh |
biSize |
1 dword |
位圖信息頭(Bitmap Info Header)的長度，用來描述位圖的顏色、壓縮方法等。下面的長度表示：
28h - Windows 3.1x, 95, NT, …
0Ch - OS/2 1.x
F0h - OS/2 2.x
注：在Windows95、98、2000等操作系統中，位圖信息頭的長度并不一定是28h，因為微軟已經制定出了新的BMP文件格式，其中的信息頭結構變化比較大，長度加長。所以最好不要直接使用常數28h，而是應該從具體的文件中讀取這個值。這樣才能確保程序的兼容性。 |
|
|
0012h |
biWidth |
1 dword |
位圖的寬度，以象素為單位 |
|
|
0016h |
biHeight |
1 dword |
位圖的高度，以象素為單位 |
|
|
001Ah |
biPlance |
1 word |
位圖的位面數（注：該值將總是1） |
|
|
001Ch |
biBitCount |
1 word |
每個象素的位數
1 - 單色位圖（實際上可有兩種顏色，缺省情況下是黑色和白色。你可以自己定義這兩種顏色）
4 - 16 色位圖
8 - 256 色位圖
16 - 16bit 高彩色位圖
24 - 24bit 真彩色位圖
32 - 32bit 增強型真彩色位圖 |
|
|
001Eh |
biCompression |
1 dword |
壓縮說明：
0 - 不壓縮 (使用BI_RGB表示)
1 - RLE 8-使用8位RLE壓縮方式(用BI_RLE8表示)
2 - RLE 4-使用4位RLE壓縮方式(用BI_RLE4表示)
3 - Bitfields-位域存放方式(用BI_BITFIELDS表示) |
|
|
0022h |
biSizeImage |
1 dword |
用字節數表示的位圖數據的大小。該數必須是4的倍數 |
|
|
0026h |
biXPelsPerMeter |
1 dword |
用象素/米表示的水平分辨率 |
|
|
002Ah |
biYPelsPerMeter |
1 dword |
用象素/米表示的垂直分辨率 |
|
|
002Eh |
biClrUsed |
1 dword |
位圖使用的顏色數。如8-比特/象素表示為100h或者 256. |
|
|
0032h |
biClrImportant |
1 dword |
指定重要的顏色數。當該域的值等于顏色數時（或者等于0時），表示所有顏色都一樣重要 |
|
調色板數據 |
根據BMP版本的不同而不同 |
Palette，真彩色圖是不需要調色板的，BITMAPINFOHEADER后直接是位圖數據 |
N * 4 byte |
調色板實際上是一個數組，共有biClrUsed個元素(如果該值為零，則有2biBitCount個元素)。數組中每個元素的類型是一個RGBQUAD結構，占4個字節
|
rgbBlue |
1字節用于藍色分量 |
|
rgbGreen |
1字節用于綠色分量 |
|
rgbRed |
1字節用于紅色分量 |
|
rgbReserved |
1字節用于填充符(為0) |
|
|
圖象數據 |
根據BMP版本及調色板尺寸的不同而不同 |
Bitmap Data：該域的大小取決于壓縮方法及圖像的尺寸和圖像的位深度，它包含所有的位圖數據字節，這些數據可能是彩色調色板的索引號，也可能是實際的RGB值（真彩色位圖），這將根據圖像信息頭中的位深度值來決定。 |
xxx bytes |
象素按照行、列的順序排列每一行的字節數必須是4的整倍數。
比較：
2色位圖，用1位就可以表示該象素的顏色(一般0表示黑，1表示白)，所以一個字節可以表示8個象素。
16色位圖，用4位可以表示一個象素的顏色，所以一個字節可以表示2個象素。256色位圖，一個字節剛好可以表示1個象素。
真彩色圖，三個字節才能表示1個象素 |
顯示位圖的方法有許多，下面示范一種比較簡便的：
// read bitmap file “a.bmp”
HBITMAP hBitmap = (HBITMAP)LoadImage( NULL, "a.bmp", IMAGE_BITMAP, 0, 0, LR_DEFAULTSIZE | LR_LOADFROMFILE );
HDC hMemDC = CreateCompatibleDC( NULL );
BITMAP bm;
// get bitmap size
// bm.bmWidth, bm.bmHeight - size of image
GetObject( hBitmap, sizeof(bm), &bm );
// select bitmap object
SelectObject( hMemDC, hBitmap );
// BitBlt the image to screen
// hdc – screen dc
BitBlt( hdc, 0, 0, bm.bmWidth, bm.bmHeight, hMemDC, 0, 0, SRCCOPY );
// release all
DeleteDC( hMemDC );
DeleteObject( hBitmap );
位圖讀寫DEMO代碼
寫bitmap的一般過程：
1、聲明BITMAPFILEHEADER，并清空該結構：
BITMAPFILEHEADER bfh；
memset( &bfh, 0, sizeof( bfh ) );
2、初始化該結構：
bfn.bfType = 'MB'; // Bitmap
//說明該文件的大小，cbBuffer為位圖數據的大小
bfn.bfSize = sizeof(bfn) + cbBuffer + sizeof(BITMAPINFOHEADER);
//說明位圖文件數據在整個位圖文件中的偏移，即數據是從哪兒開始的
bfn.bfOffBits = sizeof(BITMAPINFORHEADER) + sizeof(BITMAPFILEHEADER);
如果你的應用程序想以位映射的方式保存圖像的話，你可以采用Windows操作系統的位圖格式來保存。步驟是，先初始化BITMAPINFO結構（由BITMAPINFOHEADER結構和RGBQUAD結構數組組成），然后填寫適當的數據用以說明待保存圖像的各種參數。最后將BITMAPFILEHEADER結構及BITMAPINFO結構和位數組寫入文件當中。
下面的范例代碼演示了怎樣初始化并填寫BITMAPINFOHEADER結構
PBITMAPINFO CreateBitmapInfoStruct(HWND hwnd, HBITMAP hBmp)
{ BITMAP bmp;
PBITMAPINFO pbmi;
WORD cClrBits;
/* Retrieve the bitmap's color format, width, and height. */
if (!GetObject(hBmp, sizeof(BITMAP), (LPSTR)&bmp))
errhandler("GetObject", hwnd);
/* Convert the color format to a count of bits. */
cClrBits = (WORD)(bmp.bmPlanes * bmp.bmBitsPixel);
if (cClrBits == 1)
cClrBits = 1;
else if (cClrBits <= 4)
cClrBits = 4;
else if (cClrBits <= 8)
cClrBits = 8;
else if (cClrBits <= 16)
cClrBits = 16;
else if (cClrBits <= 24)
cClrBits = 24;
else
cClrBits = 32;
/*
* Allocate memory for the BITMAPINFO structure. (This structure
* contains a BITMAPINFOHEADER structure and an array of RGBQUAD data
* structures.)
*/
if (cClrBits != 24)
pbmi = (PBITMAPINFO) LocalAlloc(LPTR,
sizeof(BITMAPINFOHEADER) +
sizeof(RGBQUAD) * (2^cClrBits));
/* There is no RGBQUAD array for the 24-bit-per-pixel format. */
else
pbmi = (PBITMAPINFO) LocalAlloc(LPTR,
sizeof(BITMAPINFOHEADER));
/* Initialize the fields in the BITMAPINFO structure. */
pbmi->bmiHeader.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
pbmi->bmiHeader.biWidth = bmp.bmWidth;
pbmi->bmiHeader.biHeight = bmp.bmHeight;
pbmi->bmiHeader.biPlanes = bmp.bmPlanes;
pbmi->bmiHeader.biBitCount = bmp.bmBitsPixel;
if (cClrBits < 24)
pbmi->bmiHeader.biClrUsed = 2^cClrBits;
/* If the bitmap is not compressed, set the BI_RGB flag. */
pbmi->bmiHeader.biCompression = BI_RGB;
/*
* Compute the number of bytes in the array of color
* indices and store the result in biSizeImage.
*/
pbmi->bmiHeader.biSizeImage = (pbmi->bmiHeader.biWidth + 7) /8
* pbmi->bmiHeader.biHeight
* cClrBits;
/*
* Set biClrImportant to 0, indicating that all of the
* device colors are important.
*/
pbmi->bmiHeader.biClrImportant = 0;
return pbmi;
}
3、將bfn寫入文件
4、申明BITMAPINFOHEADER，并清空該結構：
BITMAPINFOHEADER bih;
memset( &bih, 0, sizeof( bih ) );
5、初始化該結構：
bih.biSize = sizeof( bih );
bih.biWidth = biWidth; //位圖的寬度
bih.biHeight = biHeight; //位圖的高度
bih.biPlanes = biPlanes; //位圖的位面數
bih.biBitCount = biBitCount; //位圖的色深
6、將bih寫入文件
7、最后寫入數據就行了。
下面的范例將演示怎樣打開一個文件，并拷貝數組、獲取調色板索引、初始化保留結構、關閉文件等操作：
void CreateBMPFile(HWND hwnd, LPTSTR pszFile, PBITMAPINFO pbi,
HBITMAP hBMP, HDC hDC)
{ HANDLE hf; /* file handle */
BITMAPFILEHEADER hdr; /* bitmap file-header */
PBITMAPINFOHEADER pbih; /* bitmap info-header */
LPBYTE lpBits; /* memory pointer */
DWORD dwTotal; /* total count of bytes */
DWORD cb; /* incremental count of bytes */
BYTE *hp; /* byte pointer */
DWORD dwTmp;
pbih = (PBITMAPINFOHEADER) pbi;
lpBits = (LPBYTE) GlobalAlloc(GMEM_FIXED, pbih->biSizeImage); if (!lpBits)
errhandler("GlobalAlloc", hwnd);
/*
* Retrieve the color table (RGBQUAD array) and the bits
* (array of palette indices) from the DIB.
*/
if (!GetDIBits(hDC, hBMP, 0, (WORD) pbih->biHeight,
lpBits, pbi, DIB_RGB_COLORS))
errhandler("GetDIBits", hwnd);
/* Create the .BMP file. */
hf = CreateFile(pszFile,
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
(DWORD) 0,
(LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,
CREATE_ALWAYS,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
(HANDLE) NULL);
if (hf == INVALID_HANDLE_VALUE)
errhandler("CreateFile", hwnd);
hdr.bfType = 0x4d42; /* 0x42 = "B" 0x4d = "M" */
/* Compute the size of the entire file. */
hdr.bfSize = (DWORD) (sizeof(BITMAPFILEHEADER) +
pbih->biSize + pbih->biClrUsed
* sizeof(RGBQUAD) + pbih->biSizeImage);
hdr.bfReserved1 = 0;
hdr.bfReserved2 = 0;
/* Compute the offset to the array of color indices. */
hdr.bfOffBits = (DWORD) sizeof(BITMAPFILEHEADER) +
pbih->biSize + pbih->biClrUsed
* sizeof (RGBQUAD);
/* Copy the BITMAPFILEHEADER into the .BMP file. */
if (!WriteFile(hf, (LPVOID) &hdr, sizeof(BITMAPFILEHEADER),
(LPDWORD) &dwTmp, (LPOVERLAPPED) NULL))
errhandler("WriteFile", hwnd);
/* Copy the BITMAPINFOHEADER and RGBQUAD array into the file. */
if (!WriteFile(hf, (LPVOID) pbih, sizeof(BITMAPINFOHEADER)
+ pbih->biClrUsed * sizeof (RGBQUAD),
(LPDWORD) &dwTmp, (LPOVERLAPPED) NULL))
errhandler("WriteFile", hwnd);
/* Copy the array of color indices into the .BMP file. */
dwTotal = cb = pbih->biSizeImage;
hp = lpBits;
while (cb > MAXWRITE) { if (!WriteFile(hf, (LPSTR) hp, (int) MAXWRITE,
(LPDWORD) &dwTmp, (LPOVERLAPPED) NULL))
errhandler("WriteFile", hwnd); cb-= MAXWRITE;
hp += MAXWRITE;
}
if (!WriteFile(hf, (LPSTR) hp, (int) cb,
(LPDWORD) &dwTmp, (LPOVERLAPPED) NULL))
errhandler("WriteFile", hwnd);
/* Close the .BMP file. */
if (!CloseHandle(hf))
errhandler("CloseHandle", hwnd);
/* Free memory. */ GlobalFree((HGLOBAL)lpBits);
}
讀位圖：（偽代碼，未翻譯）
If open Bitmap file
Read two bytes (type) and if different than 0x4D42 stop
Ignore eight bytes
Read four bytes (start of image data)
Ignore four bytes
Read four bytes (width of bitmap)
Read four bytes (height of bitmap)
Ignore two bytes
Read two bytes (bit count of bitmap) and if different than 24 stop
Read four bytes (compression of bitmap) and if different than BI_RGB stop
Move to start of image data
Allocate memory for image data (3(one byte for red, other for
green other for blue) * ImageWidth * ImageHeight)
Read (3 * ImageWidth * ImageHeight) bytes from file to buffer
Swap the red and blue components of buffer
If ImageHeight is negative
Flip the buffer lines
End if
Close file
參考資料: