第1章Windows位图和调色板

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，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256×256×256，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。表1.1常见颜色的RGB组合值颜色RGB红25500蓝02550绿00255黄2552550紫2550255青0255255白255255255黑000灰128128128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(LookUpTable)，似乎更确切一些。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。1.2bmp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1.3所示。位图文件头BITMAPFILEHEADER位图信息头BITMAPINFOHEADER调色板Palette实际的位图数据ImageDate图1.3Windows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：typedefstructtagBITMAPFILEHEADER{WORDbfType;DWORDbfSize;WORDbfReserved1;WORDbfReserved2;DWORDbfOffBits;}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：typedefstructtagBITMAPINFOHEADER{DWORDbiSize;LONGbiWidth;LONGbiHeight;WORDbiPlanes;WORDbiBitCountDWORDbiCompression;DWORDbiSizeImage;LONGbiXPelsPerMeter;LONGbiYPelsPerMeter;DWORDbiClrUsed;DWORDbiClrImportant;}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2biBitCount。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，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2biBitCount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：typedefstructtagRGBQUAD{BYTErgbBlue;//该颜色的蓝色分量BYTErgbGreen;//该颜色的绿色分量BYTErgbRed;//该颜色的红色分量BYTErgbReserved;//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消息时用到，用来显示位图。该函数的两个参数分别是用来显示位图的窗口句柄，和.bmp文件名(全路径)。当函数成功时，返回TRUE，否则返回FALSE。BITMAPFILEHEADERbf;BITMAPINFOHEADERbi;BOOLLoadBmpFile(HWNDhWnd,char*BmpFileName){HFILEhf;//文件句柄//指向BITMAPINFOHEADER结构的指针LPBITMAPINFOHEADERlpImgData;LOGPALETTE*pPal;//指向逻辑调色板结构的指针LPRGBQUADlpRGB;//指向RGBQUAD结构的指针HPALETTEhPrevPalette;//用来保存设备中原来的调色板HDChDc;//设备句柄HLOCALhPal;//存储调色板的局部内存句柄DWORDLineBytes;//每一行的字节数DWORDImgSize;//实际的图象数据占用的字节数//实际用到的颜色数，即调色板数组中的颜色个数DWORDNumColors;DWORDi;if((hf=_lopen(BmpFileName,OF_READ))==HFILE_ERROR){MessageBox(hWnd,Filec:\\test.bmpnotfound!,ErrorMessage,MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);returnFALSE;//打开文件错误，返回}//将BITMAPFILEHEAD