C / C++ Bitmap(BMP) 圖檔讀寫範例與檔頭詳細解析

C／C++ 純軟體讀取修改 bitmap 檔案完整介紹如下，文末附上詳細的原始碼可以參考。
例外也有如何讀取灰階圖gray與彩圖RGB的問題、以及解析度不為4倍數的時候如何處理4byte位元對齊，並且寫成一個萬用的函式，代碼開源(source code)可在文末下載，可直接直接編譯並執行程式碼不需外掛函式庫。

介紹

BMP圖檔大致分為四大部分下面會依序解說

檔案檔頭(14byte)
圖片檔頭(40byte)
調色盤(1024byte)
Raw檔

這裡的byte看成是一個字元(char)，如果是字元與Raw檔讀取就順著讀而已，比較特別是數字讀取的時候要一起讀；比如說根據表頭某4byte是一組的他們是 00 FF 01 0A 那你要反著讀變成 0A 01 FF 00 而不是直接讀取。(注意看細微變化 01 不會變成 10)

有興趣的可以查查這個詞 Endianness：https://goo.gl/xu9uYB

建議除錯的使用二進位軟體查看，比如說 HxD 來看(阿榮載點)

檔案檔頭(14byte)

範例代碼：(占用位元可以從代碼上看到)

struct BmpFileHeader{
    uint16_t bfTybe = 0x424D;
    uint32_t bfSize;
    uint16_t bfReserved1 = 0;
    uint16_t bfReserved2 = 0;
    uint32_t bfOffBits = 54;
};

其中有寫數值等於多少的地方是 C++的類內初始化。C要刪除等號與數值才能編譯。

第一個 bfTybe 比較特別的是他是BM，你也可以寫成 unsigned char type[2]= {'B', 'M'};，他就是固定的識別代碼，標準規定。

再來 bfSize 是指檔案大小，就是包含上述全部資料大小，這也會是你直接對BMP右鍵內容看到的容量大小。

再來 bfReserved 兩項直接填0就好了，不影響一般操作，詳細規格可以參考維基百科。

再來最後面 bfOffBits 的54是固定的就是14+40，不過如果你是用灰階圖記得要加上1024(調色盤占用的)。

類內初始化：C++11標準才可以使用
使用 g++ 加上 -std=c++11 參數即可，如 g++ -std=c++11 source.cpp
Visual Studio 2017 以上就直接是 C++11 了，不需要設置。

圖片檔頭(40byte)

範例代碼：(占用位元可以從代碼上看到)

struct BmpInfoHeader{
    uint32_t biSize = 40;
    uint32_t biWidth;
    uint32_t biHeight;
    uint16_t biPlanes = 1; // 1=defeaul, 0=custom
    uint16_t biBitCount;
    uint32_t biCompression = 0;
    uint32_t biSizeImage = 0;
    uint32_t biXPelsPerMeter = 0; // 72dpi=2835, 96dpi=3780
    uint32_t biYPelsPerMeter = 0; // 120dpi=4724, 300dpi=11811
    uint32_t biClrUsed = 0;
    uint32_t biClrImportant = 0;
};

biSize 檔頭的大小
biWidth 圖片的寬
biHeight 圖片的長
biBitCount 位元數，彩圖要設RGB 8*3=24，灰階圖設8
biSizeImage 指的是總共有幾個像素，如果是彩圖有RGB，除了長x寬還要再 *3

實測有些軟體存出來的bmp的biSizeImage會是0，建議用長x寬自己算像素值。
biClrUsed 指的是調色盤的顏色數，彩圖設 0 即可，灰階圖要自訂調色盤要設 256
PelsPerMeter指的是密度，一般軟體好像也不看都是設0即可，windwos電腦預設是96dpi，大概就差別在你把這張圖拉上PPT上設越高會縮的越小。

調色盤(1024byte)

這個是可選的不一定會有，圖是RGB彩色不用留空(如00)，直接就是沒有才是正確的。

如過圖片是灰階圖你就要自己補上調色盤，調色盤意思其實也很簡單就是 00 00 00 00~ FF FF FF 00 而已，這是因為灰階圖只需用一個byte表示，但是整張BMP需要用 RGB 表示，所以調色盤的功用就是把看到的RAW檔，就比如看到 00 變成 00 00 00 看到 FF 變成 FF FF FF。

總的來說意思是自訂規則從 “單一通道” 解析出 “RGB三通道”。

你可以一次做好整份調色盤在寫入，也可以用for迴圈寫入，數量不多不會太損效能可以用for比較整潔些，範例如下寫法。

for(unsigned i = 0; i < 256; ++i)
    img << uch(i) << uch(i) << uch(i) << uch(0);

Raw檔

比較特別的是讀取的方式是從圖的左下角開始往右邊上面讀取，而且數據是BGR反過來的，並且他們的行會對齊4byte，如果圖片是40x42那麼你寫入的時候要寫成40x44不足的2位元補空白0。

bmp 4bit 對齊的公式代碼如下

size_t RealWidth = Width * bits/8;
size_t alig = (RealWidth*3)%4;

算出來是2的話就是說每行的結尾要塞 2 個 char(0) 就是 0x0000
算出來是4的話就是說每行的結尾要塞 3 個 char(0) 就是 0x000000

值得注意的是公式要針對不同的位元的圖片做不同的處理

可以想像成假設同一張3x3的圖片那麼，對黑白圖來說就是每行結尾要補1個空白，對於彩色的圖來說每個點個別有RGB，也就是實際寬度總共是9個點，9個點的話4位元對齊就需要補3個空白。

總結一下萬用公式就是 圖的實際位元寬度*3 % 4 這樣。

注意

灰階圖要多寫調色盤，有三個地方要更動

FileHeader 的 size        +1024
FileHeader 的 headSize    +1024
InfoHeader 的 size        +1024
InfoHeader 的 ncolours    =256

讀RAW檔的時候(也就是像素值)，檔案指標要跳過調色盤(建議是直接抓 headSize 比較省事)。
讀寫RAW檔區域的時候，記得跳過4byte對齊，對齊算法是
```
size_t alig = ((width*bits/8)*3) % 4;
```

範例 SourceCode

純C簡化版功能：https://goo.gl/z6wC1G
C++函式庫：https://github.com/hunandy14/OpenBMP

C++的版本多了不少功能，後來維護到一半荒廢了QQ 留下不少測試代碼~
還有許多未完成的功能~覺得好用的話可以在這或gihub上留言~
建議其他功能或是bug回報也好，有人留言可能哪天就有動力大改版了XDD

CHG

2017年6月21日星期三