DIB（裝置無關位元影像）編程系列（一）——基本知識和檔案結構

         先介紹有關位元影像的相關知識，然後在接下來的幾篇文章中，介紹怎麼編程來處理位元影像……

一：彩色圖的概念

彩色圖是怎麼回事呢？我們先來說說三元色RGB概念。

       我們知道，自然界中的所有顏色都可以由紅、綠、藍(R，G，B)組合而成。有的顏色含有紅色成分多一些，如深紅；有的含有紅色成分少一些，如淺紅。針對含有紅色成分的多少，可以分成0到255共256個等級，0級表示不含紅色成分；255級表示含有100%的紅色成分。同樣，綠色和藍色也被分成256級。這種分級概念稱為量化。

這樣，根據紅、綠、藍各種不同的組合我們就能表示出256×256×256，約1600萬種顏色。這麼多顏色對於我們人眼來說已經足夠豐富了。

       你大概已經明白了，當一幅圖中每個象素賦予不同的RGB值時，能呈現出五彩繽紛的顏色了，這樣就形成了彩色圖。的確是這樣的，但實際上的做法還有些差別。讓我們來看看下面的例子。

       有一個長寬各為200個象素，顏色數為16色的彩色圖，每一個象素都用R、G、B三個分量表示。因為每個分量有256個層級，要用8位(bit)，即一個位元組(byte)來表示，所以每個象素需要用3個位元組。整個映像要用200×200×3，約120k位元組，可不是一個小數目呀！如果我們用下面的方法，就能省的多。

       因為是一個16色圖，也就是說這幅圖中最多隻有16種顏色，我們可以用一個表：表中的每一行記錄一種顏色的R、G、B值。這樣當我們表示一個象素的顏色時，只需要指出該顏色是在第幾行，即該顏色在表中的索引值。舉個例子，如果表的第0行為(255，0，0) (紅色)，那麼當某個像素為紅色時，只需要標明0即可。

讓我們再來計算一下：16種狀態可以用4位(bit)表示，所以一個象素要用半個位元組。整個映像要用200×200×0.5，約20k位元組，再加上表佔用的位元組為3×16=48位元組，整個佔用的位元組數約為前面的1/6，省很多吧？

        這張R、G、B的表，就是我們常說的調色盤(Palette)，另一種叫法是顏色尋找表LUT(LookUp Table)，似乎更確切一些。Windows位元影像中便用到了調色盤技術。其實不光是Windows位元影像，許多影像檔格式如pcx、tif、gif等都用到了。所以很好地掌握調色盤的概念是十分有用的。

        有一種圖，它的顏色數高達256×256×256種，也就是說包含我們上述提到的R、G、B顏色表示方法中所有的顏色，這種圖叫做真彩色圖(true color)。真彩色圖並不是說一幅圖包含了所有的顏色，而是說它具有顯示所有顏色的能力，即最多可以包含所有的顏色。表示真彩色圖時，每個象素直接用R、G、B三個分量位元組表示，而不採用調色盤技術。原因很明顯：如果用調色盤，表示一個象素也要用24位，這是因為每種顏色的索引要用24位(因為總共有224種顏色，即調色盤有224行)，和直接用R，G，B三個分量表示用的位元組數一樣，不但沒有任何便宜，還要加上一個256×256×256×3個位元組的大調色盤。所以真彩色圖直接用R、G、B三個分量表示，它又叫做24位色圖。

二、DIB簡介

       DIB：即Device-independent bitmap 裝置無關位元影像檔案。裝置無關簡單的說就是：DIB的顏色模式與裝置無關。例如，一個256色的DIB即可以在真彩色顯示模式下使用，也可以在16色模式下使用。256色以下(包括256色)的DIB擁有自己的顏色表（為什麼真彩圖沒有調色盤的原因已經在上面說過了），像素的顏色獨立於系統調色盤。由於DIB不依賴於具體裝置，因此可以用來永久性地儲存映像。

       DIB一般是以*.BMP檔案的形式儲存在磁碟中的，有時也會儲存在*.DIB檔案中。

三、bmp檔案資料結構

介紹完了關於彩色圖和DIB的相關知識後，介紹有關bmp格式檔案的在儲存時的相關資料結構。

bmp檔案結構分四部分如：

 

 3.1：位元影像檔案頭資訊

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

 WORD    bfType;

 DWORD   bfSize;

 WORD    bfReserved1;

 WORD    bfReserved2;

 DWORD   bfOffBits;

} BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;

這個資料結構的長度是固定的，為14個位元組（WORD為無符號16位整型，DWORD為無符號32位整型，所以（16*3+32*2）/8=14位元組  ）。

參數含義（摘自MSDN）：

bfType

Specifies the file type, must be BM.（指定檔案類型，必須是0x4d42，即字串”BM”。）

bfSize

Specifies the size, in bytes, of the bitmapfile. （指定檔案大小，包括這14個字元）

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.（為從檔案頭到實際的位元影像資料的位移位元組數，即位元影像檔案頭+位元影像資訊頭+調色盤）

 

3.2、位元影像資訊頭

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;

 

這個結構體的長度也是固定的，為40個位元組（LONG為32位整型）。

參數說明（簡單說明，具體參看MSDN）：

 

biSize

指定這個結構的長度，為40。

biWidth

指定映像的寬度，單位是像素。

biHeigth

指定映像的高度，單位是像素。

biPlanes

必須是1.

biBitCount

指定表示顏色時要用到的位元，常用的值為1、4、8、24。

biCompression

指定位元影像是否壓縮，有效值為一些windows定義好的常量。

biSizeImage

指定實際的位元影像資料佔用的位元組數（也就是bmp檔案結構圖第四部分的位元組數）。

可以從公式 biSizeImage = biWidth * biHeight（biWidth必須是4的整數倍）算出。

該項可能為0。

biXPelsPerMeter

指定目標裝置的水平解析度，單位是每米的像素個數

biYPelsPerMeter

指定目標裝置的垂直解析度，單位是每米的像素個數

biClrUsed

指定本映像實際用到的顏色數，如果為0，則用到得顏色數為2biBitCount

biClrImportant

指定重要顏色數，如果為0，則所有顏色都重要。

 

3.3、調色盤

是一個數組，共有biClrUsed個元素（如果biClrUsed為0，則有2biBitCount個）

數組中的每個元素的類型是一個RGBQUAD結構體，佔4個位元組，定義如下：

typedef struct tagRGBQUAD {

 BYTE    rgbBlue;   //該顏色的藍分量

 BYTE    rgbGreen;  //該顏色的綠分量

 BYTE    rgbRed;   //該顏色的紅分量

 BYTE    rgbReserved;

} RGBQUAD;

一定注意不是紅綠藍而是綠藍紅。

 

3.4、下來就是實際的映像資料了。

注意兩點：

一：每一行的位元組數必須是4的倍數，如果不是，則需要補全。

二：一般來說，bmp檔案資料是從下到上，從左至右。也就是檔案中先讀到的是映像最下面一行最左邊的第一個像素，最後得到是最上面一行最右邊的像素。