RGB颜色空间与BMP格式图片

RGB颜色空间

RGB可以分为两大类:一种是索引形式,一种是像素形式:

  • 索引形式:存储每个像素在调色板中的索引
    • RGB1:每个像素用1bit表示,调色板中只包含两种颜色(黑白)
    • RGB4:每个像素用4bit表示,调色板中包含16种颜色
    • RGB8:每个像素用4bit表示,调色板中包含255种颜色
  • 像素形式:存储每个像素的R、G、B值,需要注意存储顺序从低位到高位则是 B、G、R
    • RGB 565:每个像素占16bit(2字节),RGB分量分别使用5位、6位、5位
    • RGB 888:每个像素24bit(3字节)
    • ARGB 8888:每个像素32bit(4字节),A 表示透明度

BMP格式图片

BMP 全称 Bitmap-File,是微软出的图像文件格式,它没有进行任何压缩,所以可以直观看出每个像素在文件中如何存储。

存储可以分为如下四部分:

  • BMP文件头(14 bytes) ,存放一些文件相关的信息。
  • Bitmap 信息头,通常是 40 bytes 大小,存放一些图像相关的信息,例如宽高之类的数据。
  • 调色板,在RGB索引形式时才会有,大小由颜色索引决定。
  • 位图数据
BMP信息头
  • 1-2字节:魔数,Windows中使用 BM
  • 3-6字节:BMP文件大小
  • 7-10字节:保留字节,均为0
  • 11-14字节:位图数据的偏移值,即从哪个字节开始为位图数据

使用HXD软件打开可以看到二进制数据:

Bitmap信息头
  • 15-18字节:Bitmap信息头大小
  • 19-22字节:图像的宽度
  • 23-26字节:图像的高度
  • 27-28字节:color planes,通常为1
  • 29-30字节:每个像素用多少位存储
  • 31-34字节:压缩类型,没有压缩用0表示
  • 35-38字节:图像大小(宽 x 高 x 每像素位数)
  • 39-42字节:水平分辨率
  • 43-45字节:垂直分辨率
  • 46-49字节:颜色索引表,只有RGB索引形式才使用
  • 50-53字节:对图像显示有重要影响的颜色索引数码,只有RGB索引形式才使用
位图数据

存储顺序有两点注意:

  • 使用小端序存储,所以排列顺序为 B、G、R,例如第一个像素的 B = 0x42,G = 0x39,R = 0x42
  • 最开始的位置表示的图片左下角位置,逐行往上

代码实现

如下是一段命令行程序,作用是截取当前屏幕,并将其保存为BMP文件

c 复制代码
#include <Windows.h>
#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;

int main()
{
	// 获取屏幕尺寸
	int screenWidth = GetSystemMetrics(SM_CXSCREEN);
	int screenHeight = GetSystemMetrics(SM_CYSCREEN);

	// 获取设备屏幕的上下文句柄
	HDC hdcScreen = GetDC(NULL);
	// 创建与屏幕兼容的上下文句柄
	HDC hdcMem = CreateCompatibleDC(hdcScreen);
	// 创建与屏幕兼容的 Bitmap
	HBITMAP hbmScreen = CreateCompatibleBitmap(hdcScreen, screenWidth, screenHeight);
	// 将 Bitmap 放入 hdcMem 中
	SelectObject(hdcMem, hbmScreen);
	// 截屏
	BitBlt(hdcMem, 0, 0, screenWidth, screenHeight, hdcScreen, 0, 0, SRCCOPY);

	// 每个像素占用位数
	int bitCount = 24;
	// bitmap 所有像素占用的字节数
	int bitmapSize = screenWidth * screenHeight * (bitCount / 8);

	// 创建 Bitmap Info Header
	BITMAPINFOHEADER bitmapInfoHeader;
	// 40字节
	bitmapInfoHeader.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
	bitmapInfoHeader.biWidth = screenWidth;
	bitmapInfoHeader.biHeight = screenHeight;
	// 颜色平面数,一般为1
	bitmapInfoHeader.biPlanes = 1;
	// 24位色彩深度
	bitmapInfoHeader.biBitCount = bitCount;
	bitmapInfoHeader.biCompression = BI_RGB;
	// 图片数据大小
	bitmapInfoHeader.biSizeImage = bitmapSize;
	bitmapInfoHeader.biXPelsPerMeter = 0;
	bitmapInfoHeader.biYPelsPerMeter = 0;
	bitmapInfoHeader.biClrUsed = 0;
	bitmapInfoHeader.biClrImportant = 0;
	// 创建 Bitmap Info
	BITMAPINFO bitmapInfo;
	bitmapInfo.bmiHeader = bitmapInfoHeader;

	// 获取与设备无关的 Bitmap
	char* bitmapBuffer = (char*)malloc(bitmapSize);
	GetDIBits(hdcScreen, hbmScreen, 0, screenHeight, bitmapBuffer, &bitmapInfo, DIB_RGB_COLORS);

	// 创建 Bitmap file header
	BITMAPFILEHEADER fileHeader;
	// "BM"
	fileHeader.bfType = 0x4d42;
	fileHeader.bfReserved1 = 0;
	fileHeader.bfReserved2 = 0;
	// 文件大小
	fileHeader.bfSize = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER) + bitmapSize;
	// 位图数据的偏移量
	fileHeader.bfOffBits = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER);

	// 创建文件
	ofstream bmpFile("screen_short.bmp", ios::binary | ios::app);
	// 写入 Bitmap file header
	bmpFile.write(reinterpret_cast<char*>(&fileHeader), sizeof(BITMAPFILEHEADER));
	// 写入 Bitmap info header
	bmpFile.write(reinterpret_cast<char*>(&bitmapInfoHeader), sizeof(BITMAPINFOHEADER));
	// 写入图片像素数据
	bmpFile.write(bitmapBuffer, bitmapSize);
	bmpFile.close();

	free(bitmapBuffer);
	DeleteObject(hbmScreen);
	ReleaseDC(NULL, hdcScreen);
	ReleaseDC(NULL, hdcMem);
}
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