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位图文件读写综述
作者： 吉林大学 胡卓玮

一、位图文件结构

1. 位图文件头
2. 位图信息
   2.1 位图信息头
   2.2 颜色表
3. 位图数据

二、位图文件读写操作

1. 类的声明
2. 位图的读取
3. 位图读取过程中的调色板的创建和调用
4. 位图的显示
5. 位图的存储
6. 新位图的创建
7. 其它问题

三、 CFG_DIB 的使用


下载本文配套代码

关于位图文件操作的资料很多。为了方便开发人员的工作，写下本文，介绍了位图文件结构，在此基础之上设计了通用类 CFG_DIB ，用于进行位图文件的读写操作。

一、位图文件结构

位图文件由三部分组成：文件头 + 位图信息 + 位图像素数据

1 、位图文件头 。位图文件头主要用于识别位图文件。以下是位图文件头结构的定义：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { // bmfh

    WORD    bfType;

    DWORD   bfSize;

    WORD    bfReserved1;

    WORD    bfReserved2;

    DWORD   bfOffBits;

} BITMAPFILEHEADER;

其中的 bfType 值应该是 “BM” （ 0x4d42 ），标志该文件是位图文件。 bfSize 的值是位图文件的大小。
2 、位图信息 中所记录的值用于分配内存，设置调色板信息，读取像素值等。
以下是位图信息结构的定义：

typedef struct tagBITMAPINFO {

    BITMAPINFOHEADER    bmiHeader;

    RGBQUAD             bmiColors[1];

} BITMAPINFO;

可见位图信息也是由两部分组成的：位图信息头 + 颜色表

2.1 位图信息头。 位图信息头包含了单个像素所用字节数以及描述颜色的格式，此外还包括位图的宽度、高度、目标设备的位平面数、图像的压缩格式。以下是位图信息头结构的定义：

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ // bmih

    DWORD  biSize;

    LONG   biWidth;

    LONG   biHeight;

    WORD   biPlanes;

    WORD   biBitCount

    DWORD  biCompression;

    DWORD  biSizeImage;

    LONG   biXPelsPerMeter;

    LONG   biYPelsPerMeter;

    DWORD  biClrUsed;

    DWORD  biClrImportant;

} BITMAPINFOHEADER;

下表是对结构体当中各个成员的说明：

结构成员	说 明
biSize	结构 BITMAPINFOHEADER 的字节数，即 sizeof(BITMAPINFOHEADER)*
biWidth	以像素为单位的图像宽度 *
biHeight	以像素为单位的图像长度 *
biplanes	目标设备的位平面数
biBitCount	每个像素的位数 * （ 1 ）
biCompression	图像的压缩格式（这个值几乎总是为 0 ）
biSizeImage	以字节为单位的图像数据的大小（对 BI_RGB 压缩方式而言）
biXPelsPermeter	水平方向上的每米的像素个数
biYpelsPerMeter	垂直方向上的每米的像素个数
biClrused	调色板中实际使用的颜色数（ 2 ）
biClrImportant	显示位图时必须的颜色数（ 3 ）

说明： * 是需要加以注意的部分，因为它们是我们在进行位图操作时经常参考的变量
（ 1 ）对于每个像素的字节数，分别有一下意义：
0 ，用在 JPEG 格式中
1 ，单色图，调色板中含有两种颜色，也就是我们通常说的黑白图片
4 ， 16 色图
8 ， 256 色图，通常说的灰度图
16 ， 64K 图，一般没有调色板，图像数据中每两个字节表示一个像素， 5 个或 6 个位表示一个 RGB 分量
24 ， 16M 真彩色图，一般没有调色板，图像数据中每 3 个字节表示一个像素，每个字节表示一个 RGB 分量
32 ， 4G 真彩色，一般没有调色板，每 4 个字节表示一个像素，相对 24 位真彩图而言，加入了一个透明度，即 RGBA 模式

（ 2 ）这个值通常为 0 ，表示使用 biBitCount 确定的全部颜色，例外是使用的颜色数目小于指定的颜色深度的颜色数目的最大值。

（ 3 ）这个值通常为 0 ，表示所有的颜色都是必需的

2.2 颜色表。 颜色表一般是针对 16 位以下的图像而设置的，对于 16 位和 16 位以上的图像，由于其位图像素数据中直接对对应像素的 RGB(A) 颜色进行描述，因而省却了调色板。而对于 16 位以下的图像，由于其位图像素数据中记录的只是调色板索引值，因而需要根据这个索引到调色板去取得相应的 RGB(A) 颜色。颜色表的作用就是创建调色板。

下图是带调色板和不带调色板的位图的简单示意图

图 1 带调色板和不带调色板位图之间的区别

颜色表是由颜色表项组成的，颜色表项结构的定义如下：

typedef struct tagRGBQUAD { // rgbq

    BYTE    rgbBlue;

    BYTE    rgbGreen;

    BYTE    rgbRed;

    BYTE    rgbReserved;

} RGBQUAD;

其中需要注意的问题是， RGBQUAD 结构中的颜色顺序是 BGR ，而不是平常的 RGB 。

3 、位图数据。 最后，在位图文件头、位图信息头、位图颜色表之后，便是位图的主体部分：位图数据。根据不同的位图，位图数据所占据的字节数也是不同的，比如，对于 8 位位图，每个字节代表了一个像素，对于 16 位位图，每两个字节代表了一个像素，对于 24 位位图，每三个字节代表了一个像素，对于 32 位位图，每四个字节代表了一个像素。

二、位图文件读写操作

认识了位图文件的结构以后，对特定位图文件进行读写操作就显得简单了。本文附带的源代码中包含了一个能够方便进行位图读写操作的 C++ 类。以下给出该类的使用参考，对于实现代码中的关键部分做出了讲解。

1 、类的声明

class CFG_DIB : public CObject

{

public:

            // 默认构造函数

            CFG_DIB();

            // 构造函数 , 根据图象宽和高 , 以及记录每个象素所需字节数来初始化

            CFG_DIB(int width, int height, int nBitCounts);

            virtual ~CFG_DIB();

 

public:

            HBITMAP m_hBitmap;

            LPBYTE m_lpDIBits; //DIB 位的起始位置

            LPBITMAPINFOHEADER m_lpBMPHdr;                     //BITMAPINFOHEADER 信息

            LPVOID m_lpvColorTable; // 颜色表信息

            HPALETTE m_hPalette; // 调色板

 

private:

            DWORD m_dwImageSize; // 非 BITMAPINFOHEADER 或 BITMAPFILEHEADER 的位

            int m_nColorEntries; // 颜色表项的个数

 

// 显示参数

public:

            CPoint m_Dest; // 目的矩形域的左上角坐标

            CSize m_DestSize; // 显示矩形的宽度和高度

            CPoint m_Src; // 原矩形左下角坐标

            CSize m_SrcSize; // 原矩形宽度和高度

 

public:

            void InitDestroy();// 初始化变量

            void ComputePaletteSize(int nBitCounts); // 计算调色板大小

            void ComputeImage();// 计算图象大小

 

            // 从 BMP 文件中读入 DIB 信息

            BOOL ReadFile(CFile* pFile);

 

            // 从 BMP 文件中读入 DIB 信息 , 与 ReadFile 不同的是使用 CreateSection 创建位图位

            BOOL ReadSection(CFile* pFile, CDC* pDC = NULL);

 

            // 将 DIB 写入文件，保存成 BMP 图片格式

            BOOL WriteFile(CFile* pFile);

 

            // 创建新的位图文件，根据参数 width,height,nBitCounts 分配内存空间

            BOOL NewFile(int width, int height, int nBitCounts);

            // 关闭位图文件

            BOOL CloseFile();

 

            // 显示位图

            BOOL Display(CDC* pDC);

 

            HBITMAP CreateBitmap(CDC* pDC);                                               // 用 DIB 创建 DDB

            HBITMAP CreateSection(CDC* pDC = NULL);                      // 创建位图位数据，即象素数据

            // 如果 DIB 没有颜色表，可以用逻辑调色板

            BOOL SetLogPalette(CDC* pDC);

            // 如果 DIB 有颜色表，可以创建系统调色板

            BOOL SetWinPalette();

            // 把 DIB 对象的逻辑调色板选进设备环境里，然后实现调色板

            UINT UseLogPalette(CDC* pDC);

 

            // 得到 BitmapInfoHeader 的大小，包含颜色表数据

            int GetHeaderSize()

            {

                        return sizeof(BITMAPINFOHEADER) + sizeof(RGBQUAD) * m_nColorEntries;

            }

            // 得到图像的高度

            int GetHeight()

            {

                        if(m_lpBMPHdr == NULL) return 0;

                        return m_lpBMPHdr->biHeight;

            }

            // 得到图像的宽度

            int GetWidth()

            {

                        if(m_lpBMPHdr == NULL) return 0;

                        return m_lpBMPHdr->biWidth;

            }

            // 得到图像的大小

            int GetImageSize()

            {

                        return m_dwImageSize;

            }

            long GetLineBit();                       // 得到一行的象素数

};

2 、位图的读取。
CFG_DIB 提供了两个从位图文件读取位图数据的方法： ReadFile 和 ReadSection ，二者不同之处，前者使用动态分配内存的方法初始化存储位位图数据的指针，后者则使用 API 函数，根据位图信息初始化存储位图数据的指针。

方法 1

m_lpDIBits = (LPBYTE) new char[m_dwImageSize];

方法 2

m_hBitmap = ::CreateDIBSection(pDC->GetSafeHdc(),

         (LPBITMAPINFO) m_lpBMPHdr, DIB_RGB_COLORS,

         (LPVOID*) &m_lpDIBits, NULL, 0);

3 、位图读取过程中的调色板的创建和调用。
关于调色板的详细情况，本文不作详细介绍，只是对读取位图的过程中需要调用的对调色板进行操作的相关函数进行说明。

读取文件的过程中，计算出调色板大小，然后调用创建调色板函数：

ComputePaletteSize(m_lpBMPHdr->biBitCount);

SetWinPalette();

在显示位图之前，设置调色板：

if(m_hPalette != NULL) {

     ::SelectPalette(pDC->GetSafeHdc(), m_hPalette, TRUE);

}

4 、位图的显示。
位图的显示还是调用 Windows 的 API 函数来进行，需要传递的参数包括当前位图信息头，位图数据等：

::StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(), m_Dest.x, m_Dest.y,

                             m_DestSize.cx, m_DestSize.cy,

                             m_Src.x, m_Src.y,

                             m_SrcSize.cx, m_SrcSize.cy,

                             m_lpDIBits, (LPBITMAPINFO) m_lpBMPHdr,

                             DIB_RGB_COLORS, SRCCOPY);

其中的 m_Dest ， m_DestSize ， m_Src ， m_SrcSize 分别代表了图像在当前设备上显示的左上角坐标和范围以及需要显示的源图像的左下角坐标和范围。此处需要说明的是，位图数据的字节数组是从图像的最下面一行开始逐行向上存储的，所以用户在选取源位图的现实范围的时候需要特别注意！
m_Dest ， m_DestSize ， m_Src ， m_SrcSize 需要在现实之前设置好。

5 、位图的存储。 位图的存储用 WriteFile 实现。
6 、新位图的创建。 新位图的创建由 NewFile 实现。需要的参数是位图的宽度、高度、以及位图像素占用的位数。
7 、其它问题。 存取位图数据的字节数组有个问题需要引起开发人员的注意：字节数组中每个扫描行的字节数必需是 4 的倍数，如果不足要用 0 补齐。
以下是处理的办法：

DWORD dwBytes = ((DWORD) m_lpBMPHdr->biWidth * m_lpBMPHdr->biBitCount) / 32;

if(((DWORD) m_lpBMPHdr->biWidth * m_lpBMPHdr->biBitCount) % 32) {

     dwBytes++;

}

dwBytes *= 4;

m_dwImageSize = dwBytes * m_lpBMPHdr->biHeight;

这段代码按照要求算出了用于记录图像数据的字节数组的大小。

三、 CFG_DIB 的使用

以下是 CFG_DIB 的使用示例代码。

#include "fg_dib.h"

 

CFG_DIB m_fgdib;

 

//new file

m_fgdib.NewFile(width, height, nbitnum);

 

//open file

CFile* pf;

pf = new CFile;

pf->Open(sFileName, CFile::modeRead);

m_fgdib.ReadFile(pf);

pf->Close();

delete pf;

 

//draw BMP

m_fgdib.m_Dest.x = 0;

m_fgdib.m_Dest.y = 0;

m_fgdib.m_DestSize.cx = m_fgdib.GetWidth();

m_fgdib.m_DestSize.cy = m_fgdib.GetHeight();

m_fgdib.m_Src.x = 0;

m_fgdib.m_Src.y = 0;

m_fgdib.m_SrcSize.cx = m_fgdib.GetWidth();

m_fgdib.m_SrcSize.cy = m_fgdib.GetHeight();

CDC* pDC = GetDC();

m_fgdib.Display(pDC);

 

//close BMP

m_fgdib.CloseFile();

如果您在阅读文章和使用代码过程中遇到的问题，请与作者联系：

吉林省长春市西民主大街 6 号地球探测科学与技术学院 2001 级硕士研究生 (130026)
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