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1、第 1 章 Windows 位图和调色板 吕凤军1第 1 章 Windows 位图和调色板1.1 位图和调色板的概念如今 Windows(3.x 以及 95，98，NT)系列已经成为绝大多数用户使用的操作系统，它比DOS 成功的一个重要因素是它可视化的漂亮界面。那么 Windows 是如何显示图象的呢？这就要谈到位图(bitmap)。我们知道，普通的显示器屏幕是由许许多多点构成的，我们称之为象素。显示时采用扫要重复上述过程几描的方法：电子枪每次从左到右扫描一行，为每个象素着色，然后从上到下这样扫描若干行，就扫过了一屏。为了防止闪烁，每秒十次。例如我们常说的屏幕分辨率为 640480，刷新频率为
2、 70Hz，意思是说每行要扫描 640 个象素素，一共有 480 行，每秒重复扫描屏幕 70 次。我们称这种显示器为位映象设备。所谓位映象，就是指一个二维的象素矩阵，而位图就是采用位映象方法显示和存储的图象。举个例子，图 1.1 是一幅普通的黑白位图，图1.2 是被放大后的图，图中每个方格代表了一个象素。我们可以看到：整个骷髅就是由这样一些黑点和白点组成的。图 1.1 骷髅 图 1.2 放大后的骷髅位图那么，彩色图是怎么回事呢？我们先来说说三元色 RGB 概念。我们知道，自然界中的所有颜色都可以由红、绿、蓝(R，G，B)组合而成。有的颜色含有红色成分多一些，如深红；有的含有红色成分少一些，如浅
3、红。针对含有红色成分的多少，可以分成 0 到 255 共 256 个等级，0 级表示不含红色成分； 255 级表示含有 100%的红色成分。同样，绿色和蓝色也被分成 256 级。这种分级概念称为量化。这样，根据红、绿、蓝各种不同的组合我们就能表示出 256256256，约 1600 万种颜色。这么多颜色对于我们人眼来说已经足够丰富了。第 1 章 Windows 位图和调色板 吕凤军2表 1.1 常见颜色的 RGB 组合值颜色 R G B红 255 0 0蓝 0 255 0绿 0 0 255黄 255 255 0紫 255 0 255青 0 255 255白 255 255 255黑 0 0 0
4、灰 128 128 128你大概已经明白了，当一幅图中每个象素赋予不同的 RGB 值时，能呈现出五彩缤纷的颜色了，这样就形成了彩色图。的确是这样的，但实际上的做法还有些差别。让我们来看看下面的例子。有一个长宽各为 200 个象素，颜色数为 16 色的彩色图，每一个象素都用 R、G、B 三个分量表示。因为每个分量有 256 个级别，要用 8 位(bit)，即一个字节 (byte)来表示，所以每个象素需要用 3 个字节。整个图象要用 2002003，约 120k 字节，可不是一个小数目呀！如果我们用下面的方法，就能省的多。因为是一个 16 色图，也就是说这幅图中最多只有 16 种颜色，我们可以用一
5、个表：表中的每一行记录一种颜色的 R、G、B 值。这样当我们表示一个象素的颜色时，只需要指出该颜色是在第几行，即该颜色在表中的索引值。举个例子，如果表的第 0 行为255，0，0(红色)，那么当某个象素为红色时，只需要标明 0 即可。让我们再来计算一下：16 种状态可以用 4 位(bit)表示，所以一个象素要用半个字节。整个图象要用 2002000.5，约 20k 字节，再加上表占用的字节为 316=48 字节.整个占用的字节数约为前面的 1/6，省很多吧？这张 R、G、B 的表，就是我们常说的调色板(Palette)，另一种叫法是颜色查找表LUT(Look Up Table)，似乎更确切一些
6、。Windows 位图中便用到了调色板技术。其实不光是 Windows 位图，许多图象文件格式如 pcx、tif、gif 等都用到了。所以很好地掌握调色板的概念是十分有用的。有一种图，它的颜色数高达 256256256 种，也就是说包含我们上述提到的R、G、B 颜色表示方法中所有的颜色，这种图叫做真彩色图(true color)。真彩色图并不是说一幅图包含了所有的颜色，而是说它具有显示所有颜色的能力 ，即最多可以包含所有的颜色。表示真彩色图时，每个象素直接用 R、G、B 三个分量字节表示，而不采用调色板技术。原因很明显：如果用调色板，表示一个象素也要用 24 位，这是因为每种颜色的索引要用 2
7、4 位(因为总共有 224 种颜色，即调色板有 224 行)，和直接用 R，G，B 三个分量表示用的字节数一样，不但没有任何便宜，还要加上一个 2562562563 个字节的大调色板。所以真彩色图直接用 R、G、B 三个分量表示，它又叫做 24 位色图。第 1 章 Windows 位图和调色板 吕凤军31.2 bmp 文件格式介绍完位图和调色板的概念，下面就让我们来看一看 Windows 的位图文件(.bmp 文件)的格式是什么样子的。bmp 文件大体上分成四个部分，如图 1.3 所示。位图文件头 BITMAPFILEHEADER位图信息头 BITMAPINFOHEADER调色板 Palett
8、e实际的位图数据 ImageData图 1.3 Windows 位图文件结构示意图第一部分为位图文件头 BITMAPFILEHEADER，是一个结构，其定义如下：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType; DWORD bfSize; WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; BITMAPFILEHEADER; 这个结构的长度是固定的，为 14 个字节(WORD 为无符号 16 位整数，DWORD 为无符号 32位整数)，各个域的说明如下：bfType : 指定文件类型，必须是 0
9、x424D，即字符串“BM”，也就是说所有.bmp 文件的头两个字节都是“BM”。BfSize : 指定文件大小，包括这 14 个字节。bfReserved1，bfReserved2 : 为保留字，不用考虑bfOffBits : 为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数，即图 1.3 中前三个部分的长度之和。第二部分为位图信息头 BITMAPINFOHEADER，也是一个结构，其定义如下：typedef struct tagBITMAPINFOHEADERDWORD biSize; LONG biWidth; LONG biHeight; WORD biPlanes; WORD biBitCou
10、nt DWORD biCompression; 第 1 章 Windows 位图和调色板 吕凤军4DWORD biSizeImage; LONG biXPelsPerMeter; LONG biYPelsPerMeter; DWORD biClrUsed; DWORD biClrImportant; BITMAPINFOHEADER; 这个结构的长度是固定的，为 40 个字节(LONG 为 32 位整数)，各个域的说明如下：biSize : 指定这个结构的长度，为 40。BiWidth : 指定图象的宽度，单位是象素。BiHeight : 指定图象的高度，单位是象素。BiPlanes : 必须
11、是 1，不用考虑。biBitCount : 指定表示颜色时要用到的位数，常用的值为1(黑白二色图),4(16 色图),8(256 色),24(真彩色图)(新的.bmp 格式支持 32 位色，这里就不做讨论了)。BiCompression : 指定位图是否压缩，有效的值为BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS(都是一些 Windows 定义好的常量)。要说明的是，Windows 位图可以采用 RLE4，和 RLE8 的压缩格式，但用的不多。我们 今后所讨论的只有第一种不压缩的情况，即 biCompression 为 BI_RGB 的情况 。BiSizeImage
12、: 指定实际的位图数据占用的字节数，其实也可以从以下的公式中计算出来：biSizeImage=biWidth biHeight要注意的是：上述公式中的 biWidth必须是 4 的整倍数(所以不是 biWidth，而是biWidth，表示大于或等于 biWidth 的，最接近 4 的整倍数。举个例子，如果biWidth=240，则 biWidth=240；如果 biWidth=241，biWidth=244) 。如果 biCompression 为 BI_RGB，则该项可能为零biXPelsPerMeter : 指定目标设备的水平分辨率，单位是每米的象素个数，关于分辨率的概念，我们将在第 4
13、章详细介绍。BiYPelsPerMeter : 指定目标设备的垂直分辨率，单位同上。BiClrUsed : 指定本图象实际用到的颜色数，如果该值为零，则用到的颜色数为。biBtCoun2BiClrImportant : 指定本图象中重要的颜色数，如果该值为零，则认为所有的颜色都是重要的。第 1 章 Windows 位图和调色板 吕凤军5第三部分为调色板 Palette，当然，这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。有些位图，如真彩色图，前面已经讲过，是不需要调色板的，BITMAPINFOHEADER 后直接是位图数据。调色板实际上是一个数组，共有 biClrUsed 个元素(如果该值为零，则有
14、 个元biBtCoun2素)。数组中每个元素的类型是一个 RGBQUAD 结构，占 4 个字节，其定义如下：typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue; /该颜色的蓝色分量BYTE rgbGreen; /该颜色的绿色分量BYTE rgbRed; /该颜色的红色分量BYTE rgbReserved; /保留值 RGBQUAD; 第四部分就是实际的图象数据了。对于用到调色板的位图，图象数据就是该象素颜在调色板中的索引值。对于真彩色图，图象数据就是实际的 R、 G、B 值。下面针对 2 色、16色、256 色位图和真彩色位图分别介绍。对于 2 色位图，用 1 位就可
15、以表示该象素的颜色(一般 0 表示黑，1 表示白)，所以一个字节可以表示 8 个象素。对于 16 色位图，用 4 位可以表示一个象素的颜色，所以一个字节可以表示 2 个象素。对于 256 色位图，一个字节刚好可以表示 1 个象素。对于真彩色图，三个字节才能表示 1 个象素，哇，好费空间呀！没办法，谁叫你想让图的颜色显得更亮丽呢，有得必有失嘛。要注意两点：(1)每一行的字节数必须是 4 的整倍数，如果不是，则需要补齐。这在前面介绍biSizeImage 时已经提到了。(2)一般来说，BMP 文件的数据从下到上，从左到右的。也就是说，从文件中最先读到的是图象最下面一行的左边第一个象素，然后是左边第
16、二个象素接下来是倒数第二行左边第一个象素，左边第二个象素依次类推 ，最后得到的是最上面一行的最右一个象素。好了，终于介绍完 bmp 文件结构了，是不是觉得头有些大？别着急，对照着下面的程序，你就会很清楚了(我最爱看源程序了，呵呵)。1.3 显示一个 bmp 文件的 C 程序下面的函数 LoadBmpFile，其功能是从一个.bmp 文件中读取数据(包括BITMAPINFOHEADER，调色板和实际图象数据)，将其存储在一个全局内存句柄 hImgData 中，这个 hImgData 将在以后的图象处理程序中用到。同时填写一个类型为 HBITMAP 的全局变量hBitmap 和一个类型为 HPALETTE 的全局变量 hPalette。这两个变量将在处理 WM_PAINT 消第 1 章 Windows 位图和调色板 吕凤军6息时用到，用来显示位图。
