GMSAPR

71

системы Windows. Формат основан на внутренних структурах представления растровых данных Windows, но, несмотря на это, поддерживается почти всеми «не Windows» и даже «не PC»-приложениями. Первоначально BMP-формат был очень простым, содержал лишь растровые данные и совсем не поддерживал сжатие. По мере появления новых версий Windows, он совершенствовался и развивался. Растровые данные представляли собой индексы в цветовой палитре, которая была фиксированной и определялась графической платой. Поэтому этот формат называют аппаратно-зависимым (Device Dependent Bitmap, DDB), он был ориентирован на графические платы для IBM PC (CGA, EGA, VGA, Hercules и другие).

В процессе развития формата, в него ввели поддержку изменяемой цветовой палитры. Это позволило хранить информацию о самих цветах вместе с растровыми данными. Такое изменение формата позволило сделать хранимые изображения аппаратно-независимыми (Device Independent Bitmap, DIB).

Иногда аббревиатуру DIB используют как синоним BMP.

4.2 Структура BMP-файла

DIB-файлы содержат четыре раздела: заголовок файла, информационный заголовок растра, палитру цветов и растровые данные

Рассмотрим в деталях структуру данных файла формата BMP версии 3.х, появившегося с операционной системой Microsoft Windows 3.x. Этот формат поддерживается абсолютных большинством существующих в настоящее время приложений.

Все версии формата BMP начинаются с 14-байтового заголовка-

структуры BITMAPFILEHEADER :

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER

{

WORD bfType; // Тип файла, должен быть 4d42h ("BM") DWORD bfSize; // Размер файла в байтах

WORD bfReserved1; // Зарезервировано, должен быть 0

72

WORD bfReserved2; // Зарезервировано, должен быть 0

DWORD bfOffBits;// Смещение в байтах до начала

//растровых данных

} BITMAPFILEHEADER;

Опишем поля структуры более подробно.

Поле bfType содержит 2-байтовое число-идентификатор типа файла, его значение должно быть равно 4D42h, что в формате ASCII означает «BM» (от слова BitMap – битовая карта).

Поле bfSize содержит общий размер файла BMP в байтах. В несжатых файлах это поле может быть равно нулю. Размер файла в этом случае можно запросить у операционной системы.

Поля bfReserved1 и bfReserved2 не содержат данных и обычно устанавливаются в нуль. Программа, работающая с файлами BMP, может использовать эти поля для своих целей.

В поле bfOffBits хранится смещение в байтах от начала файла до начала растровых данных. Эту информацию можно использовать для быстрого доступа к растровым данным.

За заголовком файла следует заголовок растра BITMAPINFOHEADER. Его длина составляет 40 байтов.

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER

{

73

DWORD biClrImportant; // Минимальное количество

// «важных» цветов

} BITMAPINFOHEADER;

Поле biSize указывает размер заголовка BITMAPINFOHEADER в

байтах. Поля biWidth и biHeight определяют соответственно ширину и высоту изображения в пикселах. Если biHeight — положительное число, то изображение представляет собой растр с началом в левом нижнем углу. Если biHeight — отрицательное, то начало растра в левом верхнем углу.

Поле biPlanes — количество цветовых плоскостей, в BMP-файлах одна цветовая плоскость, поэтому значением этого поля всегда является единица.

В поле biBitCount указывается количество бит, отводимых под один пиксел. Допустимые значения: 1, 4, 8, 24.

Поле biCompression содержит идентификатор используемого метода сжатия. Значение 0 этого поля указывает на то, что данные не сжаты, 1 — был применен 8-битовый алгоритм сжатия RLE; 2 — был применен 4-битовый алгоритм RLE.

Поле biSizeImage задает размер растровых данных в байтах. Бывает, что для несжатых растровых данных значение этого поля равно нулю. В этом случае их размер может быть вычислен на основе значений полей biHeight, biWidth и biBitCount.

Поля biXPelsPerMeter и biYPelsPerMeter содержат информацию соответственно о горизонтальном и вертикальном разрешении, выраженном в пикселах на метр. Эта информация позволяет определить физические размеры изображения при выводе на печать.

В поле biClrUsed указывается количество используемых цветов в палитре. Например, при biBitCount, равном 8, палитра может содержать до 256 цветов, если же реально в изображении задействовано меньшее количество цветов, то его можно указать в поле biClrUsed. Значение поля biClrUsed определяет, сколько места нужно отвести под хранение палитры. Если значение

74

этого поля равно нулю, то количество цветов в палитре рассчитывается на основе значения поля biBitCount.

Поле biClrImportant содержит минимальное количество цветов, которые могут быть использованы для адекватного воспроизведения изображения. Такие цвета стараются поместить в начало палитры. Если устройство не способно отразить всю палитру цветов, то оно использует только начало палитры. Обычно значение этого поля равно нулю.

За заголовком растра может следовать палитра цветов. Палитра цветов состоит из последовательности 4-байтовых структур RGBQUAD:

Значения цветовых составляющих хранятся в полях rgbBlue, rgbGreen, rgbRed. Поле rgbReserved не используется.

Структура BITMAPINFOHEADER и структуры RGBQUAD собираются в структуре BITMAPINFO:

typedef struct tagBITMAPINFO {

BITMAPINFOHEADER bmiHeader;

RGBQUAD bmiColors[1];

} BITMAPINFO;

Количество элементов в массиве bmiColors[] соответствует количеству цветов в палитре изображения.

После структуры BITMAPINFO на расстоянии bfOffBits (поле структуры BITMAPFILEHEADER) от начала файла начинаются растровые данные. Растровые данные представляют собой индексы в палитре цветов (в

75

случае если biBitCount равно 1, 4, 8) или реальные значения цветов пикселов (в случае если biBitCount равно 24). Если biBitCount равно 24, то каждый пиксел представляется тремя байтами: первый байт — интенсивность синего цвета, затем по байту на зеленый и красный цвет. Этот формат цвета называется RGB888 или RGB24.

Обратите внимание на важный нюанс: растровые данные, соответствующие одной строке пикселов изображения, вне зависимости от формата цвета, должны быть выровнены на границу двойного слова DWORD, то есть каждая строка пикселов должна описываться целым числом двойных слов. Например, строка из 5 пикселов по 24 бита (3 байта) на пиксел может быть описана 15 байтами, но длина строки растровых данных в формате BMP должна быть 16 байтов. Последний байт будет служить лишь для целей выравнивания. Для обозначения горизонтальной строки пикселов (уже выровненной) используется термин страйд.

Возникает резонный вопрос – а зачем же нужно добавлять в конец строки лишние байты, если длина строки не кратна четырём байтам? А все дело в природе процессора (вспомним, что любой процессор кратен 32 разрядам), и любые структуры, кратные четырём байтам, обрабатываются быстрее.

Формат BMP версии 3.x имеет разновидность (для Windows NT систем, к коим относится Windows 2000, 2003, XP, Vista), предназначенную для хранения растровых данных с пиксельной глубиной 16 и 32 битов. Этот формат имеет точно такую же структуру заголовка растра BITMAPINFOHEADER. Его длина составляет 40 байтов. Отличие заключается в том, что поле biBitCount может принимать значения 16 и 32.

При пиксельной глубине 16 битов для хранения цвета пиксела отводится два байта (слово — тип WORD), каждому компоненту цвета пиксела отводится по 5 битов (формат цвета RGB555). Младшие 5 битов задают интенсивность синего цвета, затем по 5 битов на зеленый и красный цвет, старший бит в слове не используется.

76

При пиксельной глубине 32 бита для хранения цвета пиксела отводится 4 байта (двойное слово — тип DWORD). При этом на каждую компоненту цвета отводится по 8 бит, так же, как и при 24-битной глубине, а старший байт в DWORD не используется (формат цвета RGB888). В этом случае процессор эффективнее работает не только со страйдами, но и с отдельными пикселами, за что приходится платить памятью — размер картинки на четверть больше 24битного представления тех же данных.

Дополнительные возможности этой разновидности формата проявляются, если указать значение поля biCompression, равное 3. В этом случае вслед за структурой BITMAPINFOHEADER (на месте палитры цвета) следуют три поля

DWORD: RedMask, GreenMask, BlueMask, которые задают битовые маски для компонентов цвета пиксела. Биты в этих масках обязательно должны быть смежными и не содержать перекрывающихся полей.

Для 16-битовых растровых данных часто применяют формат RGB565, который задается следующей маской.

//0000 0000 0000 0000

Спомощью этой маски из значения WORD, задающего цвет пиксела, извлекается значение каждого цветового компонента. В формате RGB565 красному и синему цветам отводится по 5 битов, а зеленому — 6 битов. Такое неравноправие обосновывают тем, что человеческий глаз более восприимчив к зеленому цвету, поэтому более тщательная запись его градаций позволяет повысить качество изображения.

77

Для 32-битовых растровых данных используют формат RGB101010, определяющий по 10 битов на каждый цвет, который задается следующей маской.

По сравнению с форматом RGB888, такое представление позволяет описать большее количество цветов.

4.3 Создание многодокументного приложения

Теперь мы знаем о структуре представления BMP-файла.

Рассмотрим далее, как можно создать приложение с многодокументным интерфейсом (MDI-интерфейсом). Особых усилий от нас не потребуется.

Создадим каркас приложения для просмотра и редактирования рисунков в среде Microsoft Visual Studio на Visual C++ с применением библиотеки классов MFC.

Спомощью команды File | New | Project… начнем создание приложения.

Ввозникшем дереве в левой части диалога выберем вкладку Other Languages |

Visual C++ , а в правой части выберем MFC Application.

79

На всех этапах можно принять все установки по умолчанию.

На последнем шаге мастера изменим базовый класс облика с предложенного по умолчанию CView на CScrollView. Это действие обеспечит нас возможностью прокручивать изображения в окне облика, если они целиком в нем не поместятся. Здесь же можно изменить имена файлов, в которых будут размещены классы нашего приложения. Например, предложенное имя BMViewerView можно заменить на более лаконичное

BMView.

Рис. 3. Последний шаг мастера генерации MFC-приложений

Вот и всё, каркас программы готов. Осталось теперь наделить его полезными качествами.

4.4 Класс CRaster для работы с растровыми изображениями

Создадим в программе специальный класс, который будет отвечать за загрузку и осуществлять поддержку операций по обработке растрового изображения. Назовем класс CRaster.

В проект приложения добавим с помощью команды File | New | File…

80

Рис. 2. Добавление новых файлов

В диалоге выберем пункты С++ File (.cpp) и Header File (.h), наполним их приведённым ниже листингом сохраним под именами Raster.h и Raster.cpp.

//Raster.h : interface of CRaster class

//макрос для определения количества байт в

//выровненной по DWORD строки пикселов в DIB

//Width - длина строки в пикселах;

//BPP - бит на пиксел

#define BYTESPERLINE(Width, BPP) ((WORD)((((DWORD)(Width) * \ (DWORD)(BPP) + 31) >> 5)) << 2)

// на начало растровых данных public:

CRaster();

~CRaster();

void Clear(); //очистка памяти

// Возвращает: