BMP文件格式
6.1.1 簡介
位圖文件(Bitmap-File，BMP)格式是Windows采用的圖像文件存儲格式，在Windows環(huán)境下運行的所有圖像處理軟件都支持這種格式。Windows 3.0以前的BMP位圖文件格式與顯示設(shè)備有關(guān)，因此把它稱為設(shè)備相關(guān)位圖(device-dependent bitmap，DDB)文件格式。Windows 3.0以后的BMP位圖文件格式與顯示設(shè)備無關(guān)，因此把這種BMP位圖文件格式稱為設(shè)備無關(guān)位圖(device-independent bitmap，DIB)格式，目的是為了讓W(xué)indows能夠在任何類型的顯示設(shè)備上顯示BMP位圖文件。BMP位圖文件默認的文件擴展名是BMP或者bmp。
6.1.2 文件結(jié)構(gòu)
位圖文件可看成由4個部分組成：位圖文件頭(bitmap-file header)、位圖信息頭(bitmap-information header)、彩色表(color table)和定義位圖的字節(jié)陣列，它們的名稱和符號如表6-01所示。
表6-01 BMP圖像文件組成部分的名稱和符號
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位圖文件的組成
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結(jié)構(gòu)名稱
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符號
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位圖文件頭(bitmap-file header)
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BITMAPFILEHEADER
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bmfh
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位圖信息頭(bitmap-information header)
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BITMAPINFOHEADER
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bmih
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彩色表(color table)
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RGBQUAD
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aColors[]
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圖像數(shù)據(jù)陣列字節(jié)
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BYTE
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aBitmapBits[]
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位圖文件結(jié)構(gòu)可綜合在表6-02中。
表6-02 位圖文件結(jié)構(gòu)內(nèi)容摘要
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偏移量
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域的名稱
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大小
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內(nèi)容
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圖像文件
頭
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0000h
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標(biāo)識符(Identifier)
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2 bytes
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兩字節(jié)的內(nèi)容用來識別位圖的類型：
‘BM’ ： Windows 3.1x, 95, NT, …
‘BA’ ：OS/2 Bitmap Array
‘CI’ ：OS/2 Color Icon
‘CP’ ：OS/2 Color Pointer
‘IC’ ： OS/2 Icon
‘PT’ ：OS/2 Pointer
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0002h
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File Size
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1 dword
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用字節(jié)表示的整個文件的大小
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0006h
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Reserved
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1 dword
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保留，設(shè)置為0
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000Ah
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Bitmap Data Offset
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1 dword
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從文件開始到位圖數(shù)據(jù)開始之間的數(shù)據(jù)(bitmap data)之間的偏移量
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000Eh
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Bitmap Header Size
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1 dword
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位圖信息頭(Bitmap Info Header)的長度，用來描述位圖的顏色、壓縮方法等。下面的長度表示：
28h - Windows 3.1x, 95, NT, …
0Ch - OS/2 1.x
F0h - OS/2 2.x
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0012h
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Width
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1 dword
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位圖的寬度，以像素為單位
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0016h
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Height
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1 dword
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位圖的高度，以像素為單位
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001Ah
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Planes
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1 word
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位圖的位面數(shù)
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圖像
信息
頭
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001Ch
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Bits Per Pixel
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1 word
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每個像素的位數(shù)
1 - Monochrome bitmap
4 - 16 color bitmap
8 - 256 color bitmap
16 - 16bit (high color) bitmap
24 - 24bit (true color) bitmap
32 - 32bit (true color) bitmap
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001Eh
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Compression
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1 dword
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壓縮說明：
0 - none (也使用BI_RGB表示)
1 - RLE 8-bit / pixel (也使用BI_RLE4表示)
2 - RLE 4-bit / pixel (也使用BI_RLE8表示)
3 - Bitfields (也使用BI_BITFIELDS表示)
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0022h
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Bitmap Data Size
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1 dword
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用字節(jié)數(shù)表示的位圖數(shù)據(jù)的大小。該數(shù)必須是4的倍數(shù)
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0026h
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HResolution
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1 dword
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用像素/米表示的水平分辨率
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002Ah
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VResolution
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1 dword
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用像素/米表示的垂直分辨率
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002Eh
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Colors
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1 dword
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位圖使用的顏色數(shù)。如8-位/像素表示為100h或者 256.
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0032h
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Important Colors
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1 dword
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指定重要的顏色數(shù)。當(dāng)該域的值等于顏色數(shù)時，表示所有顏色都一樣重要
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調(diào)色板數(shù)據(jù)
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0036h
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Palette
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N * 4 byte
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調(diào)色板規(guī)范。對于調(diào)色板中的每個表項，這4個字節(jié)用下述方法來描述RGB的值：
- 1字節(jié)用于藍色分量
- 1字節(jié)用于綠色分量
- 1字節(jié)用于紅色分量
- 1字節(jié)用于填充符(設(shè)置為0)
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圖像數(shù)據(jù)
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0436h
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Bitmap Data
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x bytes
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該域的大小取決于壓縮方法，它包含所有的位圖數(shù)據(jù)字節(jié)，這些數(shù)據(jù)實際就是彩色調(diào)色板的索引號
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6.1.3 構(gòu)件詳解
1. 位圖文件頭
位圖文件頭包含有關(guān)于文件類型、文件大小、存放位置等信息，在Windows 3.0以上版本的位圖文件中用BITMAPFILEHEADER結(jié)構(gòu)來定義：
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { /* bmfh */
UINT bfType;
DWORD bfSize;
UINT bfReserved1;
UINT bfReserved2;
DWORD bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER;
其中：
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bfType
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說明文件的類型.
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bfSize
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說明文件的大小，用字節(jié)為單位
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bfReserved1
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保留，設(shè)置為0
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bfReserved2
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保留，設(shè)置為0
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bfOffBits
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說明從BITMAPFILEHEADER結(jié)構(gòu)開始到實際的圖像數(shù)據(jù)之間的字 節(jié)偏移量
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2. 位圖信息頭
位圖信息用BITMAPINFO結(jié)構(gòu)來定義，它由位圖信息頭(bitmap-information header)和彩色表(color table)組成，前者用BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)定義，后者用RGBQUAD結(jié)構(gòu)定義。BITMAPINFO結(jié)構(gòu)具有如下形式：
typedef struct tagBITMAPINFO { /* bmi */
BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
RGBQUAD bmiColors[1];
} BITMAPINFO;
其中：
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bmiHeader
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說明BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)
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bmiColors
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說明彩色表RGBQUAD結(jié)構(gòu)的陣列
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BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)包含有位圖文件的大小、壓縮類型和顏色格式，其結(jié)構(gòu)定義為：
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { /* bmih */
DWORD biSize;
LONG biWidth;
LONG biHeight;
WORD biPlanes;
WORD biBitCount;
DWORD biCompression;
DWORD biSizeImage;
LONG biXPelsPerMeter;
LONG biYPelsPerMeter;
DWORD biClrUsed;
DWORD biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER;
其中：
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biSize
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說明BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)所需要的字節(jié)數(shù)
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biWidth
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說明圖像的寬度，以像素為單位
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biHeight
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說明圖像的高度，以像素為單位
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biPlanes
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為目標(biāo)設(shè)備說明位面數(shù)，其值設(shè)置為1
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biBitCount
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說明位數(shù)/像素，其值為1、2、4或者24
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biCompression
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- 說明圖像數(shù)據(jù)壓縮的類型。其值可以是下述值之一：
BI_RGB：沒有壓縮；
- BI_RLE8：每個像素8位的RLE壓縮編碼，壓縮格式由2字節(jié)組成(重復(fù)像素計數(shù)和顏色索引)；
- BI_RLE4：每個像素4位的RLE壓縮編碼，壓縮格式由2字節(jié)組成
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biSizeImage
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說明圖像的大小，以字節(jié)為單位。當(dāng)用BI_RGB格式時，可設(shè)置為0
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biXPelsPerMeter
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說明水平分辨率，用像素/米表示
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biYPelsPerMeter
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說明垂直分辨率，用像素/米表示
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biClrUsed
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說明位圖實際使用的彩色表中的顏色索引數(shù)
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biClrImportant
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說明對圖像顯示有重要影響的顏色索引的數(shù)目，如果是0，表示都重要。
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現(xiàn)就BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)作如下說明：
(1) 彩色表的定位
應(yīng)用程序可使用存儲在biSize成員中的信息來查找在BITMAPINFO結(jié)構(gòu)中的彩色表，如下所示：
pColor = ((LPSTR) pBitmapInfo + (WORD) (pBitmapInfo->bmiHeader.biSize))
(2) biBitCount
biBitCount=1 表示位圖最多有兩種顏色，黑色和白色。圖像數(shù)據(jù)陣列中的每一位表示一個像素。
biBitCount=4 表示位圖最多有16種顏色。每個像素用4位表示，并用這4位作為彩色表的表項來查找該像素的顏色。例如，如果位圖中的第一個字節(jié)為0x1F，它表示有兩個像素，第一像素的顏色就在彩色表的第2表項中查找，而第二個像素的顏色就在彩色表的第16表項中查找。
biBitCount=8 表示位圖最多有256種顏色。每個像素用8位表示，并用這8位作為彩色表的表項來查找該像素的顏色。例如，如果位圖中的第一個字節(jié)為0x1F，這個像素的顏色就在彩色表的第32表項中查找。
biBitCount=24 表示位圖最多有224＝16 777 216種顏色。bmiColors (或者bmciColors)成員就為NULL。每3個字節(jié)代表一個像素，其顏色有R、G、B字節(jié)的相對強度決定。
(3) ClrUsed
BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)中的成員ClrUsed指定實際使用的顏色數(shù)目。如果ClrUsed設(shè)置成0，位圖使用的顏色數(shù)目就等于biBitCount成員中的數(shù)目。
(4) 圖像數(shù)據(jù)壓縮
① BI_RLE8：每個像素為8位的RLE壓縮編碼，可使用編碼方式和絕對方式中的任何一種進行壓縮，這兩種方式可在同一幅圖中的任何地方使用。
編碼方式：由2個字節(jié)組成，第一個字節(jié)指定使用相同顏色的像素數(shù)目，第二個字節(jié)指定使用的顏色索引。此外，這個字節(jié)對中的第一個字節(jié)可設(shè)置為0，聯(lián)合使用第二個字節(jié)的值表示：
- 第二個字節(jié)的值為0：行的結(jié)束。
- 第二個字節(jié)的值為1：圖像結(jié)束。
- 第二個字節(jié)的值為2：其后的兩個字節(jié)表示下一個像素從當(dāng)前開始的水平和垂直位置的偏移量。
絕對方式：第一個字節(jié)設(shè)置為0，而第二個字節(jié)設(shè)置為0x03～0xFF之間的一個值。在這種方式中，第二個字節(jié)表示跟在這個字節(jié)后面的字節(jié)數(shù)，每個字節(jié)包含單個像素的顏色索引。壓縮數(shù)據(jù)格式需要字邊界(word boundary)對齊。
[例6.1] 用十六進制表示的8位壓縮圖像數(shù)據(jù)如下：
03 04 05 06 00 03 45 56 67 00 02 78 00 02 05 01 02 78 00 00 09 1E 00 01
這些壓縮數(shù)據(jù)可解釋為 ：
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壓縮數(shù)據(jù)
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擴展數(shù)據(jù)
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03 04
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04 04 04
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05 06
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06 06 06 06 06
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00 03 45 56 67 00
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45 56 67
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02 78
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78 78
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00 02 05 01
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從當(dāng)前位置右移5個位置后向下移一行
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02 78
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78 78
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00 00
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行結(jié)束
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09 1E
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1E 1E 1E 1E 1E 1E 1E 1E 1E
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00 01
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RLE編碼圖像結(jié)束
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② BI_RLE4：每個像素為4位的RLE壓縮編碼，同樣也可使用編碼方式和絕對方式中的任何一種進行壓縮，這兩種方式也可在同一幅圖中的任何地方使用。這兩種方式是：
編碼方式：由2個字節(jié)組成，第一個字節(jié)指定像素數(shù)目，第二個字節(jié)包含兩種顏色索引，一個在高4位，另一個在低4位。第一個像素使用高4位的顏色索引，第二個使用低4位的顏色索引，第3個使用高4位的顏色索引，依此類推。
絕對方式：這個字節(jié)對中的第一個字節(jié)設(shè)置為0，第二個字節(jié)包含有顏色索引數(shù)，其后續(xù)字節(jié)包含有顏色索引，顏色索引存放在該字節(jié)的高、低4位中，一個顏色索引對應(yīng)一個像素。此外，BI_RLE4也同樣聯(lián)合使用第二個字節(jié)中的值表示：
- 第二個字節(jié)的值為0：行的結(jié)束。
- 第二個字節(jié)的值為1：圖像結(jié)束。
- 第二個字節(jié)的值為2：其后的兩個字節(jié)表示下一個像素從當(dāng)前開始的水平和垂直位置的偏移量。
[例6.2] 用十六進制數(shù)表示的4位壓縮圖像數(shù)據(jù)：
03 04 05 06 00 06 45 56 67 00 04 78 00 02 05 01 04 78 00 00 09 1E 00 01
這些壓縮數(shù)據(jù)可解釋為 ：
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壓縮數(shù)據(jù)
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擴展數(shù)據(jù)
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03 04
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0 4 0
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05 06
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0 6 0 6 0
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00 06 45 56 67 00
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4 5 5 6 6 7
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04 78
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7 8 7 8
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00 02 05 01
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從當(dāng)前位置右移5個位置后向下移一行
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04 78
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7 8 7 8
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00 00
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行結(jié)束
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09 1E
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1 E 1 E 1 E 1 E 1
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00 01
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RLE圖像結(jié)束
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3. 彩色表
彩色表包含的元素與位圖所具有的顏色數(shù)相同，像素的顏色用RGBQUAD結(jié)構(gòu)來定義。對于24-位真彩色圖像就不使用彩色表，因為位圖中的RGB值就代表了每個像素的顏色。彩色表中的顏色按顏色的重要性排序，這可以輔助顯示驅(qū)動程序為不能顯示足夠多顏色數(shù)的顯示設(shè)備顯示彩色圖像。RGBQUAD結(jié)構(gòu)描述由R、G、B相對強度組成的顏色，定義如下：
typedef struct tagRGBQUAD { /* rgbq */
BYTE rgbBlue;
BYTE rgbGreen;
BYTE rgbRed;
BYTE rgbReserved;
} RGBQUAD;
其中：
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rgbBlue
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指定藍色強度
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rgbGreen
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指定綠色強度
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rgbRed
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指定紅色強度
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rgbReserved
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保留，設(shè)置為0
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4. 位圖數(shù)據(jù)
緊跟在彩色表之后的是圖像數(shù)據(jù)字節(jié)陣列。圖像的每一掃描行由表示圖像像素的連續(xù)的字節(jié)組成，每一行的字節(jié)數(shù)取決于圖像的顏色數(shù)目和用像素表示的圖像寬度。掃描行是由底向上存儲的，這就是說，陣列中的第一個字節(jié)表示位圖左下角的像素，而最后一個字節(jié)表示位圖右上角的像素。
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