BMP
| Расширение |
|
|---|---|
| MIME |
|
| Разработан | |
| Тип формата |
BMP (от англ. Bitmap Picture) — формат хранения растровых изображений, разработанный компанией Microsoft.
С форматом BMP работает огромное количество программ, так как его поддержка интегрирована в операционные системы Windows и OS/2. Файлы формата BMP могут иметь расширения .bmp, .dib и .rle. Кроме того, данные этого формата включаются в двоичные файлы ресурсов RES и в PE-файлы.
Компания Microsoft также разработала для своих нужд форматы ICO и CUR, которые имеют похожую на BMP структуру. Кроме этого, структуры из этого формата используются некоторыми WinAPI-функциями подсистемы GDI.
Глубина цвета в данном формате может быть 1, 4, 8, 16, 24, 32, 48 бит на пиксель. При этом для глубины цвета меньше 16 бит используется палитра с полноцветными компонентами глубиной 24 бита.
В формате BMP изображения могут храниться как есть или же с применением некоторых распространённых алгоритмов сжатия. В частности, формат BMP поддерживает RLE-сжатие без потери качества, а современные операционные системы и программное обеспечение позволяют использовать JPEG и PNG (эти форматы встраиваются в BMP как в контейнер).
Содержание |
DIB и DDB [править]
При использовании формата DIB (англ. Device Independent Bitmap, аппаратно-независимый растр) программист может получить доступ ко всем элементам структур, описывающих изображение, при помощи обычного указателя. Но эти данные не используются для непосредственного управления экраном, так как они всегда хранятся в системной памяти, а не в специализированной видеопамяти. Формат пикселя в оперативной памяти может отличаться от того формата, который должен заноситься в видеопамять для индикации точки такого же цвета. Например, в DIB-формате может использоваться 24 бита для задания пикселя, а графический адаптер в этот момент может работать в режиме HiColor с цветовой глубиной 16 бит. При этом ярко-красная точка в аппаратно-независимом формате будет задаваться тремя байтами 0x0000ff, а в видеопамяти — словом 0xF800. При копировании картинки на экран система будет тратить дополнительное время на преобразование кодов цвета из 24-битного формата в формат видеобуфера.
Формат DDB (англ. Device Dependent Bitmap, аппаратно-зависимый растр) всегда содержит цветовые коды, совпадающие с кодами видеобуфера, но храниться он может как в системной, так и в видеопамяти. В обоих случаях он содержит только коды цвета в том формате, который обеспечит пересылку изображения из ОЗУ в видеопамять при помощи простого копирования.[1]
Обзор структуры файла [править]
BMP-файл состоит из четырёх частей:
- Заголовок файла (BITMAPFILEHEADER)
- Заголовок изображения (BITMAPINFOHEADER, может отсутствовать). BITMAPV4HEADER (Win95, NT4.0) BITMAPV5HEADER (Win98/Me, 2000/XP)
- Палитра (может отсутствовать)
- Само изображение
BITMAPFILEHEADER[2] [править]
Эта структура содержит информацию о типе, размере и представлении данных в файле. Размер 14 байт.
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { WORD bfType; // смещение 0 байт от начала файла DWORD bfSize; // смещение 2 байта от начала файла, длина 4 байта WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; // смещение 10 байт от начала файла, длина 4 байта } BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;
Тип WORD должен иметь размер 16 бит, типы DWORD и LONG — 32 бита, тип LONG — знаковый, порядок байтов подразумевается little endian.
- bfType — тип файла, символы «BM» (в HEX: 0x42 0x4d).
- bfSize — размер всего файла в байтах.
- bfReserved1 и bfReserved2 — зарезервированы, должны содержать нули.
- bfOffBits — содержит смещение в байтах от начала структуры BITMAPFILEHEADER до непосредственно битов изображения.
После заголовка файла [править]
BITMAPINFOHEADER[3] [править]
Наиболее простой вариант заголовка. Приложения для Windows NT3.51 и более ранних могут использовать только эту структуру. Размер 40 байт.
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;
- biSize
- Размер данной структуры в байтах. Формат BMP со временем дополнялся и по значению этого поля определяется версия формата.
- biWidth
- Ширина изображения в пикселях. Для Win98/Me и Win2000/XP: если поле biCompression содержит BI_JPEG или BI_PNG, здесь указана ширина распакованного изображения.
- biHeight
- Высота изображения в пикселях. Если содержит положительное значение — изображение записано в порядке снизу-вверх (нулевой пиксель в нижнем левом углу). Если значение отрицательное — изображение записано сверху-вниз (нулевой пиксель в верхнем левом углу изображения). Поле biCompression должно содержать значение BI_RGB или BI_BITFIELDS. Такое изображение не может быть сжато.
- biPlanes
- Количество цветовых плоскостей и в формате BMP содержит единицу.
- biBitCount
- Количество бит на пиксель. Может принимать следующие значения:
- 0 — имеет смысл для Win98/Me/2000/XP. Число бит на пиксель определяет формат JPEG или PNG.
- 1 — изображение монохромное. Член bmiColors структуры BITMAPINFO содержит два элемента. Каждый бит изображения представляет один пиксель; если бит равен нулю — пиксель имеет цвет первого элемента таблицы bmiColors, иначе — цвет второго.
- 4 — шестнадцатицветное изображение. Пиксели определяются 4-х битными индексами, каждый байт изображения содержит информацию о двух пикселях — старшие 4 бита для первого, оставшиеся — для второго.
- 8 — в палитре содержится до 256 цветов, каждый байт изображения хранит индекс в палитре для одного пикселя.
- 16 — если поле biCompression содержит значение BI_RGB, файл не содержит палитры. Каждые два байта изображения хранят интенсивность красной, зелёной и синей компоненты одного пикселя. При этом старший бит не используется, на каждую компоненту отведено 5 бит: 0RRRRRGGGGGBBBBB.
Если поле biCompression содержит значение BI_BITFIELDS, палитра хранит три четырёхбайтовых значения, определяющих маску для каждой из трёх компонент цвета. Каждый пиксель изображения представлен двухбайтным значением, из которого с помощью масок извлекаются цветовые компоненты. Для WinNT/2000/XP — последовательности бит каждой компоненты должны следовать непрерывно, не перекрываясь и не пересекаясь с последовательностями других компонент. Для Win95/98/Me — поддерживаются только следующие маски: 5-5-5, где маска синей компоненты 0х001F, зелёной 0x03E0, красной 0x7C00; и 5-6-5, где маска синей компоненты 0x001F, зелёной 0x07E0, красной 0xF800. - 24 — палитра не используется, каждая тройка байт изображения представляет один пиксель, по байту для интенсивности синего, зелёного и красного канала соответственно.
- 32 — Если поле biCompression содержит значение BI_RGB, изображение не содержит палитры. Каждые четыре байта изображения представляют один пиксель, по байту для интенсивности синего, зелёного и красного канала соответственно. Старший байт каждой четвёрки обычно не используется, однако позволяет хранить данные альфа-канала.
Если поле biCompression содержит значение BI_BITFIELDS, в палитре хранятся три четырёхбайтных цветовых маски — для красной, зелёной и синей компоненты. Каждый пиксель изображения представлен четырьмя байтами. WinNT/2000: маски компонент не должны перекрываться или пересекаться. Windows 95/98/Me: система поддерживает только один режим сжатия, полностью аналогичный режиму без компрессии BI_RGB — старший байт каждой четвёрки используется в качестве альфа-канала, следующие три отведены для синего, зелёного и красного канала соответственно: 0xAARRGGBB.
- biCompression
- Тип сжатия для сжатых изображений:
| Значение | Идентификатор | Компрессия |
|---|---|---|
| 0 | BI_RGB | несжатое изображение |
| 1 | BI_RLE8 | сжатие RLE для 8-битных изображений |
| 2 | BI_RLE4 | сжатие RLE для 4-битных изображений |
| 3 | BI_BITFIELDS | изображение не сжато, палитра содержит три 4-байтные маски для красной, зелёной и синей компонент цвета. Используется для 16- и 32-битных изображений |
| 4 | BI_JPEG | Win98/Me/2000/XP: JPEG-сжатие |
| 5 | BI_PNG | Win98/Me/2000/XP: PNG-сжатие |
| 6 | BI_ALPHABITFIELDS | WinCE: изображение не сжато, палитра содержит четыре 4-байтные маски для красной, зелёной, синей и прозрачной (альфа-канал) компонент цвета. Используется для 16- и 32-битных изображений |
- biSizeImage
- Размер изображения в байтах. Может содержать ноль для BI_RGB-изображений. Win98/Me/2000/XP: если biCompression содержит BI_JPEG или BI_PNG, biSizeImage указывает размер BI_JPEG или BI_PNG буфера изображения.
- biXPelsPerMeter
- Горизонтальное разрешение в пикселях на метр для целевого устройства. Приложение может использовать это значение для выбора из группы ресурсов изображения, наиболее подходящего для текущего устройства. Для DPI 96, которое принято в Microsoft для мониторов, оно будет равно 3780 (если считать по формуле (96 / 25,4) * 1000).
- biYPelsPerMeter
- Вертикальное разрешение в пикселях на метр для целевого устройства.
- biClrUsed
- Количество используемых цветовых индексов в палитре. Если значение равно нулю — изображение использует максимально доступное количество индексов, в соответствии со значением biBitCount и методом сжатия, указанным в biCompression.
Если содержит ненулевое значение и biBitCount меньше 16, biClrUsed указывает количество цветов, к которым будет обращаться драйвер устройства или приложение. Если biBitCount больше или равен 16, biClrUsed размер палитры, используемой для оптимизации работы системных палитр. Если biBitCount равен 16 или 32, оптимальная палитра следует сразу после трёх четырёхбайтных масок.
В упакованном изображении массив пикселей следует сразу после структуры BITMAPINFO, biClrUsed должен содержать ноль, либо реальный размер палитры. - biClrImportant
- Количество элементов палитры, необходимых для отображения изображения. Если содержит ноль — все индексы одинаково важны.
Структура BITMAPINFO объединяет BITMAPINFOHEADER и палитру, предоставляя полное описание размеров и цветов изображения.
Чтобы найти палитру в структуре BITMAPINFO, приложение должно использовать информацию, хранимую в biSize, следующим образом:
pColor = ((LPSTR)pBitmapInfo + (WORD)(pBitmapInfo->bmiHeader.biSize));
Растр обычно хранится в вертикально зеркальном виде. Но есть также возможность хранить растр не в вертикально зеркальном виде. Признак того, что растр в BMP не в вертикально зеркальном виде задаётся параметром biHeight.
BITMAPV4HEADER[4] [править]
Расширенная версия описанной выше структуры. Win NT 3.51 и более ранние должны использовать структуру BITMAPINFOHEADER. Win98/Me/2000/XP могут использовать вместо структуры BITMAPV4HEADER структуру BITMAPV5HEADER.
typedef struct { DWORD bV4Size; LONG bV4Width; LONG bV4Height; WORD bV4Planes; WORD bV4BitCount; DWORD bV4V4Compression; DWORD bV4SizeImage; LONG bV4XPelsPerMeter; LONG bV4YPelsPerMeter; DWORD bV4ClrUsed; DWORD bV4ClrImportant; DWORD bV4RedMask; DWORD bV4GreenMask; DWORD bV4BlueMask; DWORD bV4AlphaMask; DWORD bV4CSType; CIEXYZTRIPLE bV4Endpoints; DWORD bV4GammaRed; DWORD bV4GammaGreen; DWORD bV4GammaBlue; } BITMAPV4HEADER, *PBITMAPV4HEADER;
Поля от начала структуры и до bV4ClrImportant включительно имеют то же назначение, что и соответствующие поля структуры BITMAPINFOHEADER.
- bV4RedMask — цветовая маска красной компоненты каждого пикселя, используется только если bV4Compression содержит значение BI_BITFIELDS.
- bV4GreenMask — цветовая маска зелёной компоненты каждого пикселя, используется только если bV4Compression содержит значение BI_BITFIELDS.
- bV4BlueMask — цветовая маска синей компоненты каждого пикселя, используется только если bV4Compression содержит значение BI_BITFIELDS.
- bV4AlphaMask — маска, определяющая компоненту альфа-канала.
- bV4CSType — определяет цветовое пространство изображения.
- bV4Endpoints — структура CIEXYZTRIPLE, указывающая x, y и z координаты трёх цветов, которые соответствуют конечным точкам(endpoints) цветового пространства, определённого для изображения. Это поле игнорируется, если bV4CSType не содержит значения LCS_CALIBRATED_RGB.
- bV4GammaRed — кривая тона красной компоненты. Игнорируется, если bV4CSType не содержит значения LCS_CALIBRATED_RGB. Указывается в формате 16×16.
- bV4GammaGreen — кривая тона зелёной компоненты. Игнорируется, если bV4CSType не содержит значения LCS_CALIBRATED_RGB.
- bV4GammaBlue — кривая тона синей компоненты. Игнорируется, если bV4CSType не содержит значения LCS_CALIBRATED_RGB.
BITMAPV5HEADER[5] [править]
Win95/NT 4.0: приложения могут использовать BITMAPV4HEADER. Win NT 3.51 и более ранние должны использовать структуру BITMAPINFOHEADER.
typedef struct { DWORD bV5Size; LONG bV5Width; LONG bV5Height; WORD bV5Planes; WORD bV5BitCount; DWORD bV5Compression; DWORD bV5SizeImage; LONG bV5XPelsPerMeter; LONG bV5YPelsPerMeter; DWORD bV5ClrUsed; DWORD bV5ClrImportant; DWORD bV5RedMask; DWORD bV5GreenMask; DWORD bV5BlueMask; DWORD bV5AlphaMask; DWORD bV5CSType; CIEXYZTRIPLE bV5Endpoints; DWORD bV5GammaRed; DWORD bV5GammaGreen; DWORD bV5GammaBlue; DWORD bV5Intent; DWORD bV5ProfileData; DWORD bV5ProfileSize; DWORD bV5Reserved; } BITMAPV5HEADER, *PBITMAPV5HEADER;
Для полей от начала структуры и до bV5GammaBlue включительно будут описаны только отличия от предыдущих версий — BITMAPINFOHEADER и BITMAPV4HEADER.
- bV5CSType — определяет цветовое пространство изображения, может принимать следующие значения:
- LCS_CALIBRATED_RGB
- LCS_sRGB
- LCS_WINDOWS_COLOR_SPACE
- PROFILE_LINKED
- PROFILE_EMBEDDED
- bV5Intent — может принимать следующие значения:
- LCS_GM_ABS_COLORIMETRIC
- LCS_GM_BUSINESS
- LCS_GM_GRAPHICS
- LCS_GM_IMAGES
- bV5ProfileData — смещение в байтах от начала структуры к началу данных профиля (имя файла профиля, строка состоящая исключительно из символов кодовой таблицы 1252 и заканчивающаяся нулевым байтом). Игнорируется, если bV5CSType содержит значение, отличное от PROFILE_LINKED и PROFILE_EMBEDDED.
- bV5ProfileSize — размер данных профиля в байтах.
- bV5Reserved — зарезервировано. Содержит ноль.
Палитра [править]
Палитра может содержать последовательность четырёхбайтовых полей по числу доступных цветов (256 для 8-битного изображения). Три младшие байта каждого поля определяют интенсивность красной, зелёной и синей компоненты цвета, старший байт не используется. Каждый пиксель изображения описан в таком случае одним байтом, содержащим номер поля палитры, в котором сохранен цвет этого пикселя.
Если пиксель изображения описывается 16-битным числом, палитра может хранить три двухбайтных значения, каждое из которых определяет маску для извлечения из 16-битного пикселя красной, зелёной и синей компоненты цвета.
Файл BMP может не содержать палитры, если в нём хранится несжатое полноцветное изображение.
Данные изображения [править]
Последовательность пикселей, записанных в том или ином виде. Пиксели хранятся построчно, снизу вверх. Каждая строка изображения дополняется нулями до длины, кратной четырём байтам.
В bmp-файлах с глубиной цвета 24 бита, байты цвета каждого пикселя хранятся в обратном порядке BGR (Blue, Green, Red)
B bmp-файлах с глубиной цвета 32 бита, байты цвета каждого пикселя хранятся в прямом порядке ARGB(Alpha, Red, Green, Blue)
Битность изображения [править]
В зависимости от количества представляемых цветов, на каждую точку отводится от 1 до 48 битов:
- 1 бит — монохромное изображение (два цвета).
- 2 бита — 4 возможных цвета (режимы работы CGA) (2-битовый режим официально не стандартизован, но используется).
- 4 бита — 16-цветное изображение (режимы работы EGA).
- 8 бит (1 байт) — 256 цветов, последний из режимов, поддерживавших индексированные цвета (см. ниже).
- 16 бит (2 байта) — режим HiColor, Для 5-6-5 = 65536 возможных оттенков, для 5-5-5 = 32768 возможных оттенков.
- 24 бита (3 байта) — TrueColor. В связи с тем, что 3 байта не очень хорошо соотносятся со степенями двойки (особенно при хранении данных в памяти, где выравнивание данных по границе слова имеет значение), вместо него часто используют 32-битное изображение. В режиме TrueColor на каждый из трёх каналов (в режиме RGB) отводится по 1 байту (256 возможных значений), общее количество цветов равно 16777216.
- 32 бита (4 байта) — этот режим практически аналогичен TrueColor, четвёртый байт обычно не используется, или в нём располагается альфа-канал (прозрачность).
- 48 бит (6 байт) — редко используемый формат с повышенной точностью передачи цвета (16 бит на канал), поддерживается относительно малым количеством программ и оборудования.
Индексированные цвета [править]
При количестве бит 1 (2 цвета), 2 (4 цвета), 4 (16 цветов) или 8 (256 цветов) на каждый пиксель, может использоваться специальный режим индексированных цветов. В этом случае число, соответствующее каждому пикселю, указывает не на цвет, а на номер цвета в палитре. Благодаря использованию палитры имеется возможность адаптировать изображение к цветам, присутствующим на изображении. В таком случае изображение ограничено не заданными цветами, а максимальным количеством одновременно используемых цветов.
Пример программы на C++ [править]
Следующая программа открывает 24 битный BMP файл в окне XWindow, глубина цвета должна составлять 32 бита, на меньшей цветопередаче не работает, так как это усложняет пример:
/* Компилируется строкой: cc -o xtest xtest.c -I/usr/X11R6/include -L/usr/X11R6/lib -lX11 -lm */ #include <X11/Xlib.h> #include <X11/Xutil.h> #include <X11/Xatom.h> #include <X11/keysym.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <math.h> #include "bitmap.h" /* Здесь определения заголовков BMP как было описано выше в этой статье (структуры должны быть упакованы на 2 байта!) */ static XImage *CreateImageFromBuffer(Display*, unsigned char *, int, int); main(int argc, char *argv[]) { Display *dis; Window win;/* Наше окно */ XEvent event;/* События */ GC gc;/* Графический контекст */ XImage *image; int n, width, height, fd, size; unsigned char *data; BITMAPFILEHEADER bmp; BITMAPINFOHEADER inf; char* buf; if (argc < 2) { perror("use: xtest file.bmp\n"); exit(1); } if ((fd = open(argv[1], O_RDONLY)) == -1) { printf("Error open bitmap\n"); exit(1); } read(fd, &bmp, sizeof(BITMAPFILEHEADER)); read(fd, &inf,sizeof(BITMAPINFOHEADER)); width = inf.biWidth; height = inf.biHeight; if ((dis = XOpenDisplay(getenv("DISPLAY"))) == NULL) { printf("Can't connect X server: %s\n", strerror(errno)); exit(1); } win = XCreateSimpleWindow(dis, RootWindow(dis, DefaultScreen(dis)), 0, 0, width, height, 5, BlackPixel(dis, DefaultScreen(dis)), WhitePixel(dis, DefaultScreen(dis))); XSetStandardProperties(dis, win, argv[1], argv[0], None, argv, argc, NULL); gc = DefaultGC(dis, DefaultScreen(dis)); /* Иногда в структуре это место не заполнено */ if(inf.biSizeImage == 0) { /* Вычислим размер */ size = width * 3 + width % 4; size = size * height; } else { size = inf.biSizeImage; } buf = malloc(size); if(buf == NULL) { perror("malloc"); exit(1); } printf("size = %d байтов выделено\n", size); /* Сместимся на начало самого изображения */ lseek(fd, bmp.bfOffBits, SEEK_SET); /* Читаем в буфер */ n = read(fd, buf, size); printf("size = %d байт прочитано\n", n); image = CreateImageFromBuffer(dis, buf, width, height); /* Удалим буфер - он нам больше не нужен */ free(buf); XMapWindow(dis, win); XSelectInput(dis, win, ExposureMask | KeyPressMask); while (1) { XNextEvent(dis, &event); if (event.xany.window == win) { switch (event.type) { case Expose: XPutImage(dis, win, gc, image, 0, 0, 0, 0, image->width, image->height); break; case KeyPress: if (XLookupKeysym(&event.xkey, 0) == XK_q) { XDestroyImage(image); XCloseDisplay(dis); close(fd); exit(EXIT_SUCCESS); } break; default: break; } } } } /* Создает Ximage из файла BMP, так как изображение BMP хранится первернутым * и зеркальным-в цикле это исправляется */ XImage *CreateImageFromBuffer(Display * dis, unsigned char *buf, int width, int height) { int depth, screen; XImage *img = NULL; int i, j; int numBmpBytes; size_t numImgBytes; int32_t *imgBuf; int ind = 0; int line; int temp; int ih, iw; /* Номера строки и столбца для отражения */ int new_ind; /* Новый индекс */ screen = DefaultScreen(dis); depth = DefaultDepth(dis, screen); temp = width * 3; line = temp + width % 4; /* Длина строки с учетом выравнивания */ numImgBytes = (4 * (width * height)); imgBuf = malloc(numImgBytes); /* Размер, отведенный на BMP в файле с учетом выравнивания */ numBmpBytes = line * height; for (i = 0; i < numBmpBytes; i++) { unsigned int r, g, b; /* Пропускаем padding */ if (i >= temp && (i % line) >= temp) continue; b = buf[i]; i++; g = buf[i]; i++; r = buf[i]; /* Вычисляем новый индекс для отражения по вертикали */ iw = ind % width; ih = ind / width; new_ind = iw + (height - ih - 1) * width; imgBuf[new_ind] = (r | g << 8 | b << 16) << 8; ind++; } img = XCreateImage(dis, CopyFromParent, depth, ZPixmap, 0, (char *) imgBuf, width, height, 32, 0); XInitImage(img); /* Порядок битов и байтов на PC должен быть таким */ img->byte_order = MSBFirst; img->bitmap_bit_order = MSBFirst; return img; }
Примечания [править]
- ↑ Евченко А. И. OpenGL и DirectX. Программирование графики (Для профессионалов), 2006 г. Стр. 183.
- ↑ MSDN: BITMAPFILEHEADER
- ↑ MSDN: BITMAPINFOHEADER
- ↑ MSDN: BITMAPV4HEADER
- ↑ MSDN: BITMAPV5HEADER
Ссылки [править]
- Bitmap Storage Explanation (англ.)
- Описание формата BMP (рус.)
| Это заготовка статьи о программном обеспечении. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
| Медиаконтейнеры | |
|---|---|
| Видео/аудио | |
| Аудио | |
| Графические форматы (сжатие) | |
| Растровые | |
| Векторные | |
| Комплексные | |

