一、文件格式
Bmp文件是非常常用的位图文件，无论是游戏还是其他都被广泛使用。针对bmp文件的处理也有一堆现成的api进行调用，然而文件内部究竟怎样，如何自己来解析这样的文件呢？为了消除无聊，我用了几天时间来研究了一下，同时作为学习笔记，进行记录。
首先，整个bmp文件的内容可以分为3到4块。之所以分为3到4块而不是固定的值，是因为，对于bmp来说可能存在调色板或者一些掩码。具体稍候讨论。
第一块是bmp的文件头用于描述整个bmp文件的情况。结构如下：
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { WORD bfType; DWORD bfSize; WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; } BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;
这些信息相当有用，如果你想直接来解析bmp文件。第一个bfType用于表示文件类型，如果它是bmp文件，那么它这个位置的值一定是”BM” 也就是0x4D42。第二个bfSize表示整个文件的字节数。第三第四个 则保留，目前无意义，最后一个相当重要，表示，位图的数据信息离文件头的偏移量，以字节为单位。
第二块是位图信息头，即BITMAPINFOHEADER，用于描述整个位图文件的情况。以下挑重要的数据进行解释
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
DWORD biSize; //表示本结构的大小
LONG biWidth; //位图的宽度
LONG biHeight; //位图的高度
WORD biPlanes; //永远为1 ,由于没有用过所以 没做研究 附msdn解释
//Specifies the number of planes for the target device. This value must be set to 1.
WORD biBitCount;//位图的位数 分为1 4 8 16 24 32 本文没对1 4 进行研究
DWORD biCompression; //本以为压缩类型，但是却另外有作用，稍候解释
DWORD biSizeImage; //表示位图数据区域的大小以字节为单位
LONG biXPelsPerMeter;
LONG biYPelsPerMeter;
DWORD biClrUsed;
DWORD biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER, *PBITMAPINFOHEADER;
第三块就是调色板信息或者掩码部分，如果是8位位图则存放调色板 ；16 与32位 位图则存放RGB颜色的掩码，这些掩码以DWORD大小来存放。
最后一块就是位图的数据实体。
以上文件信息可以在任意一篇bmp文件结构的文章中找到描述，所以本文只是稍微带过。
二、4字节对其问题
关于数据读取。Bmp文件有个重要特性，那就是对于数据区域而言，每行的数据它必须凑满4字节，如果没有满，则用冗余的数据来补齐。这个特性直接影响到我们读取位图数据的方法，因为在我们看来（x,y）的数据应该在 y*width+x这样的位置上 但是因为会有冗余信息 那么必须将width用width＋该行的冗余量来处理，而由于位图文件有不同的位数，所以这样的计算也不尽相同。
下面列出计算偏移量的一般公式。
首先将位图信息读入一个UCHAR 的buffer中 ：
8位：
int pitch;
if(width%4==0){
pitch=width;
}else{
pitch=width+4-width%4;
}
index=buffer[y*pitch+x]; 因为8位位图的数据区域存放的是调色板索引值，所以只需读取这个index
16位
int pitch=width+width%2;
buffer[(y*pitch+x)*2]
buffer[(i*pitch+j)*2＋1]
两个UCHAR内，存放的是(x,y)处的颜色信息
24位
int pitch=width%4;
buffer[(y*width+x)*3+y*pitch];
buffer[(y*width+x)*3+y*pitch+1];
buffer[(y*width+x)*3+y*pitch+2];
32位
由于一个象素就是4字节 所以无需补齐
虽然计算比较繁琐，但是这些计算是必须的，否则当你的位图每行的象素数不是4的倍数，那么y*width+x带给你的是一个扭曲的图片，当然如果你想做这样的旋转，也不错啊，至少我因为一开始没有考虑（不知道这个特性）让一个每行象素少1字节的16位图片变成了扭曲的菱形。
三、有了数据分离RGB分量。
由于我的测试代码用了GDI，所以我必须讲得到的某一个点的值分离成 24位模式下的RGB分离，这不是一件容易的工作。位图麻烦的地方之一就是他的格式太多，所以我们还是要分格式再讨论。
8位
通过第二部分提到的操作我们得到了一个index，这个值的范围是0～255 一共256个 正好是调色板的颜色数量。
在8位bmp图片中 数据信息前256个RGBQUAD的大小开始就是调色板的信息。不过如果要组织成调色板还要一定的转换因为里面是RGBQUAD信息 r b 两个与调色板中的顺序是颠倒的。因为我不需要调色板设置所以我字节读取到RGBQUAD数组中，并且通过下面的表达式获取RGB值：
UCHAR r=quad[index].rgbRed;
UCHAR g=quad[index].rgbGreen;
UCHAR b=quad[index].rgbBlue;
16位
这是最麻烦的一个。因为在处理时有555 565 两种格式的区别，而且还有所谓压缩类型的区别。
之前的bitmapinfoheader里面提到一个biCompression
现在我们分两种情况讨论：BI_RGB和BI_BITFIELDS
当他等于BI_RGB时 只有555 这种格式，所以可以放心大胆的进行如下的数据分离：
UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
希望不要被这个表达式折磨的眼花缭乱，我想既然你在看这篇文章，你就有能力阅读这样的代码，否则只能说你还没有到阅读这方面的地步，需要去学习基础的语法了。
有一点值得提醒的是由于有较多的位操作 ，所以在处理的时候在前一次操作的上面加上一对括号，我就曾经因为没有加而导致出现误差，另外虽然buffer中一个元素代表的是一个UCHAR 但是右移操作会自动增长为两字节 所以需要在进行一次与操作截取低位的1字节数据。
现在讨论BI_BITFIELDS。
这个模式下 既可以有555 也可以有565 。
555 格式 xrrrrrgggggbbbbb
565 格式 rrrrrggggggbbbbb
显然不同的格式处理不同，所以我们要首先判断处到底属于那种格式。
Bitmapinfoheader的biCompression为BI_BITFIELDS时，在位图数据区域前存在一个RGB掩码的描述是3个DWORD值，我们只需要读取其中的R或者G的掩码，来判断是那种格式。
以红色掩码为例 0111110000000000的时候就是555格式 1111100000000000就是565格式。
以下是565格式时的数据分离：
UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<5)&0xFF)>>2)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
UCHAR r=buffer[(i*pitch+j)*2+1]>>3;
现在我们得到了RGB各自的分量，但是还有一个新的问题，那就是由于两字节表示了3个颜色 555下每个颜色最多到0x1F 565格式下最大的绿色分量也就0x3F。所以我们需要一个转换 color=color*255/最大颜色数 即可
如565下RGB(r*0xFF/0x1F,g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F)
24位
UCHAR b=buffer[(i*width+j)*3+realPitch];
UCHAR g=buffer[(i*width+j)*3+1+realPitch];
UCHAR r=buffer[(i*width+j)*3+2+realPitch];
32位
UCHAR b=buffer[(i*width+j)*4];
UCHAR g=buffer[(i*width+j)*4+1];
UCHAR r=buffer[(i*width+j)*4+2];
四、剩余的问题
当数据取到了，颜色也分离出来了 ，但是可能你绘出的位图是倒转的，这是因为有些位图的确是翻转的。通过bitmapinfoheader的biHeight可以判断是正常还是翻转，当biHeight>0的时候颠倒，它小于0的时候正常，不过测试写到现在看到的文件都是颠倒过来的。
五、相关测试代码：
采用MFC 目的只是实现自行解析位图文件
void CBmpTestView::OnDraw(CDC* pDC)
{
CBmpTestDoc* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
// TODO: 在此处为本机数据添加绘制代码
if(filename==""){
return;
}
FILE *fp=fopen(filename,"r");
if(fp==NULL){
pDC->TextOut(100,200,"no file found");
return;
}
BITMAPFILEHEADER fileheader;
BITMAPINFO info;
fread(&fileheader,sizeof(fileheader),1,fp);
if(fileheader.bfType!=0x4D42){
pDC->TextOut(100,200,"无位图文件请选择位图文件");
fclose(fp);
return ;
}
fread(&info.bmiHeader,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp);
long width=info.bmiHeader.biWidth;
long height=info.bmiHeader.biHeight;
UCHAR *buffer=new UCHAR[info.bmiHeader.biSizeImage];
fseek(fp,fileheader.bfOffBits,0);
fread(buffer,info.bmiHeader.biSizeImage,1,fp);
if(info.bmiHeader.biBitCount==8){
int pitch;
if(width%4==0){
pitch=width;
}else{
pitch=width+4-width%4;
}
RGBQUAD quad[256];
fseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(RGBQUAD)*256,0);
fread(quad,sizeof(RGBQUAD)*256,1,fp);
if(height>0){
//height>0 表示图片颠倒
for(int i=0;i<height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
int index=buffer[i*pitch+j];
UCHAR r=quad[index].rgbRed;
UCHAR g=quad[index].rgbGreen;
UCHAR b=quad[index].rgbBlue;
pDC->SetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b));
}
}
}else{
for(int i=0;i<0-height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
int index=buffer[i*pitch+j];
UCHAR r=quad[index].rgbRed;
UCHAR g=quad[index].rgbGreen;
UCHAR b=quad[index].rgbBlue;
pDC->SetPixel(j,i,RGB(r,g,b));
}
}
}
}else if(info.bmiHeader.biBitCount==16){
int pitch=width+width%2;
if(height>0){
//height>0 表示图片颠倒
if(info.bmiHeader.biCompression==BI_RGB){
//该模式只有555
for(int i=0;i<height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
//5 5 5 格式
UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
pDC->SetPixel(j,height-i,RGB((r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F));
}
}
}else if(info.bmiHeader.biCompression==BI_BITFIELDS){
//该模式在bitmapinfoheader之后存在RGB掩码 每个掩码1 DWORD
fseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(DWORD )*3,0);
DWORD rMask;
fread(&rMask,sizeof(DWORD ),1,fp);
if(rMask==0x7C00){
// 5 5 5 格式
MessageBeep(0);
for(int i=0;i<height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
pDC->SetPixel(j,height-i,RGB((r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F));
}
}
}else if(rMask==0xF800){
//5 6 5 格式
for(int i=0;i<height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<5)&0xFF)>>2)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
UCHAR r=buffer[(i*pitch+j)*2+1]>>3;
pDC->SetPixel(j,height-i,RGB(r*0xFF/0x1F,g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F));
}
}
}
}
}else{
if(info.bmiHeader.biCompression==BI_RGB){
//该模式只有555
for(int i=0;i<0-height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
//5 5 5 格式
UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
pDC->SetPixel(j,i,RGB((r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F));
}
}
}else if(info.bmiHeader.biCompression==BI_BITFIELDS){
//该模式在bitmapinfoheader之后存在RGB掩码 每个掩码1 DWORD
fseek(fp,fileheader.bfOffBits-sizeof(DWORD )*3,0);
DWORD rMask;
fread(&rMask,sizeof(DWORD ),1,fp);
if(rMask==0x7C00){
// 5 5 5 格式
MessageBeep(0);
for(int i=0;i<0-height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<6)&0xFF)>>3)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
UCHAR r=(buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<1)>>3;
pDC->SetPixel(j,i,RGB((r*0xFF)/0x1F,(g*0xFF)/0x1F,(b*0xFF)/0x1F));
}
}
}else if(rMask==0xF800){
//5 6 5 格式
for(int i=0;i<0-height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
UCHAR b=buffer[(i*pitch+j)*2]&0x1F;
UCHAR g=(((buffer[(i*pitch+j)*2+1]<<5)&0xFF)>>2)+(buffer[(i*pitch+j)*2]>>5);
UCHAR r=buffer[(i*pitch+j)*2+1]>>3;
pDC->SetPixel(j,i,RGB(r*0xFF/0x1F,g*0xFF/0x3F,b*0xFF/0x1F));
}
}
}
}
}
//pDC->TextOut(100,200,"16位图");
}else if(info.bmiHeader.biBitCount==24){
int pitch=width%4;
//b g r
if(height>0){
//height>0 表示图片颠倒
for(int i=0;i<height;i++){
int realPitch=i*pitch;
for(int j=0;j<width;j++){
UCHAR b=buffer[(i*width+j)*3+realPitch];
UCHAR g=buffer[(i*width+j)*3+1+realPitch];
UCHAR r=buffer[(i*width+j)*3+2+realPitch];
pDC->SetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b));
}
}
}else{
for(int i=0;i<0-height;i++){
int realPitch=i*pitch;
for(int j=0;j<width;j++){
UCHAR b=buffer[(i*width+j)*3+realPitch];
UCHAR g=buffer[(i*width+j)*3+1+realPitch];
UCHAR r=buffer[(i*width+j)*3+2+realPitch];
pDC->SetPixel(j,i,RGB(r,g,b));
}
}
}
//pDC->TextOut(100,200,"24位图");
}else if(info.bmiHeader.biBitCount==32){
// b g r a
if(height>0){
//height>0 表示图片颠倒
for(int i=0;i<0-height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
UCHAR b=buffer[(i*width+j)*4];
UCHAR g=buffer[(i*width+j)*4+1];
UCHAR r=buffer[(i*width+j)*4+2];
pDC->SetPixel(j,height-i,RGB(r,g,b));
}
}
}else{
for(int i=0;i<height;i++){
for(int j=0;j<width;j++){
UCHAR b=buffer[(i*width+j)*4];
UCHAR g=buffer[(i*width+j)*4+1];
UCHAR r=buffer[(i*width+j)*4+2];
pDC->SetPixel(j,i,RGB(r,g,b));
}
}
}
//pDC->TextOut(100,200,"32位图");
}
delete buffer;
fclose(fp);
}
