解读BMP图片

最近在提取《基连的野望 阿克西斯V》的MRG文件时接触了BMP图片，于是从底层对BMP图片进行研究，学习BMP图片的显示和成像原理。

BMP图片简介

BMP图片是一种栅格图片，BMP图片的每一个像素都由一个比特位（bit）或多个比特位（bits）表示，因此BMP全称是bitmap 或 a map of bits and pixels。

BMP是Windows操作系统中的标准图像文件格式，也是众多早期游戏广泛应用的图片格式，从游戏贴图到游戏字幕都可以是BMP图片。

BMP是一种没有经过压缩的图片格式，也就是说，BMP图片的每一个像素有自己的比特位（或一组比特位），常见的PNG或JPEG则不同，这些是经过压缩技术对图片的信息进行压缩，以达到减小图片体积的目的。因此多数情况下，显示相同的图像，BMP图片的大小总是最大的。

BMP图片组成

本文使用以下BMP图为例进行说明，图片另存为可将图片保存到本地。 使用十六进制打开图片，看到部分图片信息如下： 看似杂乱无章的显示，其实bmp图片由以下四部分组成：

• 文件头(bit map file header): 共14字节
• 位图信息头(bitmap information): 共40字节
• 调色板(color palette): 可选
• 位图数据(pixel data): 可选

下面将对每部分进行详细解读。

注：本文涉及16进制读取均使用小端模式（little-endian）。

第一部分：文件头(bit map file header)

此部分一共包含14个字节，例子中的图片对应的内容为：

一共5个字段，每个字段如下：

第二部分：位图信息头(bitmap information)

此部分一共包含40个字节，例子中的图片对应的内容为：

一共11个字段，每个字段如下：

第三部分：调色板(color palette)

调色板就是颜色的索引，但调色板是可选的。由于每个颜色都有RGB三原色，也就是要3个字节表示(例如白色表示为#FFFFFF)，当bpp≤8时，2^bpp 所计算出来的颜色就无法表示全部的颜色，因此对于bpp≤8的图片就必须使用调色板，下表展示各种位图的调色板情况：

例子图片中bpp为8，因此每个像素只能有256钟颜色，为了增加图片表现形式，就需要一个索引，使用一个字节表示索引指向4个字节（RGB加Alpha值）。如果把这4个字节表示为一个Color类型，那么调色板就是Color的数组。由于Color类型也是一个数组，调色板就像一个二维数组palette[N][4]，其中N是颜色的数量，这里就是256。因此，这个例子中的调色板的大小就是256x4=1024字节，在调色板之前，有14字节的bmp文件头，40字节的位图信息头，加上1024字节的调色板，一共1078字节，也就是说真正的图像数据前面有1078字节，这和bmp文件头中的bfOffBits相符。

第四部分：位图数据(pixel data)

最后就是位图数据，该区域存放的是每个像素的颜色值，以行的形式展示，这个取决于图片的颜色深度(bpp)。同时BMP图片扫描引擎的最小单位是4字节，因此在扫描每一行时，要求每一行的数据长度必须是4的倍数，不足的行将进行比特填充(bit padding)。

BMP扫描

当图片引擎读取了一张BMP图片，从文件头信息读取数据后，引擎就知道该如何扫描BMP数据，进而把图像展示在用户面前。BMP图像扫描使用从左下角开始到右上角，以行为主序进行扫描。下图以一个4px X 4px的图像为例：

构建24位BMP图

经过以上图片组成的详细解说了，相信读到这里的你已经以上众多字段忘的差不多了，没关系，接下来我们将通过自己编写十六进制，运用上述原理自己构建一个5px X 5px的24位bmp图像。

首先初始化文件头(第一部分)和位图信息头(第二部分)，这两部分一共占据14+40=54个字节。初始化数据如下：

初始化数据中多数字段都设置为0，有一些非0数据这里做下解释：

• FileType: 固定值0x42 0x4D，表示BM。
• PixelDataOffset: 从头到位图数据的偏移，一共是54bytes，使用十六进制表示即为0x36。
• HeaderSize: 文件头大小，同40bytes，十六进制表示为0x28。
• ImageWidth: 图片宽度，5px，十六进制表示为0x05
• ImageHeight: 图片高度，5px，十六进制表示为0x05
• Planes：固定值1
• BitsPerPixel：bpp，24位图，值为24，十六进制表示为0x18

将上述数据随便写入一个文本编辑器中，如下:

42 4D
00 00 00 00
00 00
00 00
36 00 00 00

28 00 00 00
05 00 00 00
05 00 00 00
01 00
18 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00

新建一个test.bmp文件，使用十六进制编辑器打开图片，将以上内容复制到图片中，此时一个24位的bmp图片的基本头已经形成，但此时还无法打开文件，因为还缺少了和颜色相关的位图数据，我们把他补上。

24位图，即每个颜色都可以使用24比特位表示，例如#000000的颜色：

十六进制表示:
00 00 00
-- -- --
R  G  B
二进制表示:
00000000 00000000 00000000
-------- -------- --------
R         G         B

由于是5x5的图片，因此每一行需要5x3bytes，但扫描行的原则需要每行字节数为4的倍数，因此最后还需加上1个字节进行填充(0x00)，故完整的位图数据如下：

00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00

拼上文件头和文件信息头，完整的图片数据如下：

42 4D
00 00 00 00
00 00
00 00
36 00 00 00

28 00 00 00
05 00 00 00
05 00 00 00
01 00
18 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00

00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00

将数据写入test.bmp中，打开图片，就可以看到一个5x5的黑色图：

之后我们来改变下颜色:

FF FF FF   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 FF FF   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 FF 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00 00 00   00
00 00 FF   00 00 00   00 00 00   00 00 00   FF 00 00   00

可以验证BMP图片扫描顺序为左下到右上。

构建16位BMP图

16位和24位的区别主要在于位图数据的表现形式不同。16位图是一个像素只有16位表示，即一种颜色只能用16位表示，因此一种三原色只能用5位表示(最高位为0):

[ 0  XXXXX XXXXX XXXXX ]
     ----- ----- -----
       R     G     B

因此24位的颜色转为16位颜色如下：

RED      0111110000000000 => 01111100 00000000 => 0x7C 0x00
GREEN    0000001111100000 => 00000011 11100000 => 0x03 0xE0
BLUE     0000000000011111 => 00000000 00011111 => 0x00 0x1F
WHITE    0111111111111111 => 01111111 11111111 => 0x7F 0xFF
YELLOW   0111111111100000 => 01111111 11100000 => 0x7F 0xE0

即:每种颜色只能使用2个字节表示，对于5x5的图片，每行字节数需为4的倍数，因此每行最后还需填充2个字节：

42 4D
00 00 00 00
00 00
00 00
36 00 00 00

28 00 00 00
05 00 00 00
05 00 00 00
01 00
10 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00
00 00 00 00

FF 7F   00 00   00 00   00 00   E0 7F       00 00
00 00   00 00   00 00   00 00   00 00       00 00
00 00   00 00   E0 03   00 00   00 00       00 00
00 00   00 00   00 00   00 00   00 00       00 00
00 7C   00 00   00 00   00 00   1F 00       00 00

最后test.bmp图片显示依旧和24位一致，只是16位图片文件更小了。

总结

本文针对bmp图像进行文件结构解析，并逐一解释内部信息的含义，最后通过十六进制编写的方法实现了24位图和16位图以加强对bmp图像的理解，对bmp图像的描述本文可能有错误或遗漏之处，欢迎反馈和指点。

(完)

原创不易，如果觉得这篇文章对你有帮助，不如赏杯咖啡吧

微信

支付宝

• ← 上一篇
• 下一篇 →