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1、第一讲 Windows位图和调色板 第一讲Windows位图（Bitmap）和调色板（Palette） 1位图和调色板的概念 如今Windows（3.x以及95，NT）系列已经成为决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，例如你可以在桌面上铺上你喜欢的墙纸。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的点构成的，我们称之为象素。显示时采用扫描的方法：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，每秒要重复上述过程几十次。例如我们常说的屏幕分
2、辨率为640*480，刷新频率为70Hz，意思是说每行要扫描640个象素，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，下图1是一幅普通的黑白位图，图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.骷髅(左) 图2.放大后的骷髅位图(右) 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
3、，如淡红。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。这种分级的概念被称作量化。这样，根据红，绿，蓝各种不同的组合我们就能表示出256*256*256，约1千6百万种颜色。这么多颜色对于我们人眼来已经足够了。 下表是常见的一些颜色的RGB组合值。 颜色 R G B 红 255 0 0 蓝 0 0 255 绿 0 255 0 黄 255 255 0 紫 255 0 255 青 0 255 255 白 255 255 255 黑 0 0 0 灰 128 128 128 表1.常见颜色的RGB组
4、合 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，就能呈现出五彩缤纷的颜色了，这样就形成了彩色图。对，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200*200*3，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，我们可以用一个表：表中的每一行记录一种颜色的R，G，B值。这样当我
5、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200*200*0.5，约20k字节，再加上表占用的字节为3*16=48字节.整个占用的字节数约为前面的1/6，省很多吧。 这张RGB的表，即是我们常说的调色板(Palette)，另一种叫法是颜色查找表LUT(LookUpTable),似乎更确切一些。Windows位图中便用到了调色板技术.其实是不光是Windows位图，许多图象文件
6、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重要的. 有一种图，它的颜色数高达256*256*256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(TrueColor)。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24位（因为总共有2的24次方种颜色，即调色板有2的24次方行)，和直接用R，G，B三个分量表示用的字节数一样
7、，不但没有任何便宜，还要加上一个256*256*256*3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。 2Bmp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3所示。 图3.Windows位图文件结构示意图(右) 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; WO
8、RD 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0x424D，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
9、一个结构，其定义如下： 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; 这个结构的长度是固定的，为40个字节（WORD为无符号16位整数，DWORD
10、无符 号32位整数,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，Wind
11、ows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 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，离4最近的整倍数。举个例子，如果biWidth=240，则biWidth=240；如果biWidth=241，biWidth=244）如果biCompression
12、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，我们将在打印部分详细介绍。 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2的biBitCount次方。 biClrImportant 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，BITMAPINFOHEA
13、DER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2的biBitCount次方个元素）。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，图象数据就是该像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
14、,B值。下面就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位就可以表示该像素的颜色（一般0表示黑，1表示白），所以一个字节可以表示8个像素。 对于16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所以一个字节可以表示2个像素。 对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个像素。 对于真彩色图，三个字节才能表示1个像素，哇噻，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像素，然后是左边第二个像素接下来是倒
