bmp图像压缩算法详细解析.docx
《bmp图像压缩算法详细解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《bmp图像压缩算法详细解析.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
bmp图像压缩算法详细解析
问题：
将一张bmp图像的灰度值压缩存储到一个中间文件，然后利用中间文件还原这张图片。
初一看，这应该是两个程序吧，一个压缩程序一个解压程序。
那就先压缩好喽，恩，压缩...可是要怎么读取它的灰度值呀？
文件里不会只保存它的灰度值吧，点开属性，发现这是一张256*192的图片，如果图片文件里只有灰度值，那么大小应该是256*192B，而实际大小是50230字节。
。
可见还有其它信息，根据经验，应该还有一个对图像的描述信息吧，这样那些图像显示程序才能知道以怎样的方式去显示它，毕竟不是所有的bmp图片都是灰度图片。
额，只好求助XX了.............经过整理，我把bmp图像编码格式发到下面。
BMP文件被分成4个部分：
位图文件头（BitmapFileHeader）、位图信息（BitmapInfoHeader）、颜色表（ColorMap）和位图数据（即图像数据，DataBits或DataBody）
第1部分为位图文件头BITMAPFILEHEADER，是一个结构体类型，该结构的长度是固定的，为14个字节。
其定义如下：
typedefstructtagBITMAPFILEHEADER
{
WORDbfType;位图文件类型，必须是0x424D，即字符串“BM”
DWORDbfSize;位图文件大小，包括这14个字节。
WORDbfReserved1;Windows保留字，暂不用。
WORDbfReserved2;Windows保留字，暂不用。
DWORDbfOffBits;从文件头到实际的位图数据的偏移字节数
}BITMAPFILEHEADER,FAR*LPBITMAPFILEHEADER,*PBITMAPFILEHEADER;
第2部分为位图信息头BITMAPINFOHEADER，也是一个结构体类型的数据结构，该结构的长度也是固定的，为40个字节（WORD为无符号16位整数，DWORD为无符号32位整数，LONG为32位整数）。
其定义如下：
typedefstructtagBITMAPINFOHEADER
{
DWORDbiSize;本结构的长度，为40个字节。
LONGbiWidth;位图的宽度，以像素为单位。
LONGbiHeight;位图的高度，以像素为单位.
WORDbiPlanes;目标设备的级别，必须是1。
WORDbiBitCount每个像素所占的位数（bit），其值必须为1（黑白图像）、4（16色图）8（256色）、24（真彩色图），新的BMP格式支持32位色。
DWORDbiCompression;位图压缩类型，有效的值为BI_RGB（未经压缩）、BI_RLE8、BI_RLE4、BI_BITFILEDS（均为Windows定义常量）。
这里只讨论未经压缩的情况，即biCompression=BI_RGB。
DWORDbiSizeImage;实际的位图数据占用的字节数
LONGbiXPelsPerMeter;指定目标设备的水平分辨率，单位是像素/米。
LONGbiYPelsPerMeter;指定目标设备的垂直分辨率，单位是像素/米。
DWORDbiClrUsed;位图实际用到的颜色数，如果该值为零则用到的颜色数为2的biBitCount次幂。
DWORDbiClrImportant;位图显示过程中重要的颜色数，如果该值为零则认为所有的颜色都是重要的
}BITMAPINFOHEADER,FAR*LPBITMAPINFOHEADER,*PBITMAPINFOHEADER;
第3部分为颜色表。
颜色表实际上是一个RGBQUAD结构的数组，数组的长度由biClrUsed指定（如果该值为零，则由biBitCount指定，即2的biBitCount次幂个元素）。
RGBQUAD结构是一个结构体类型，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;保留字节，暂不用。
}RGBQUAD;
有些位图需要颜色表；有些位图（如真彩色图）则不需要颜色表，颜色表的长度由BITMAPINFOHEADER结构中biBitCount分量决定。
对于biBitCount值为1的二值图像，每像素占1bit，图像中只有两种（如黑白）颜色，颜色表也就有2^1=2个表项，整个颜色表的大小为8个字节；对于biBitCount值为8的灰度图像，每像素占8bit，图像中有2^8=256种颜色，颜色表也就有256个表项，且每个表项的R、G、B分量相等，整个颜色表的大小为1024个字节；而对于biBitCount=24的真彩色图像，由于每像素3个字节中分别代表了R、G、B三分量的值，此时不需要颜色表，因此真彩色图的BITMAPINFOHEADER结构后面直接就是位图数据。
第4部分是位图数据，即图像数据，其紧跟在位图文件头、位图信息头和颜色表（如果有颜色表的话）之后，记录了图像的每一个像素值。
对于有颜色表的位图，位图数据就是该像素颜色在调色板中的索引值；对于真彩色图，位图数据就是实际的R、G、B值（三个分量的存储顺序是B、G、R）。
下面分别就2色、16色、256色和真彩色位图的位图数据进行说明：
—对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色，所以1个字节能存储8个像素的颜色值。
—对于16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色。
所以一个字节可以存储2个像素的颜色值。
—对于256色位图，1个字节刚好存储1个像素的颜色值。
—对于真彩色位图，3个字节才能表示1个像素的颜色值。
需要注意两点：
第一，Windows规定一个扫描行所占的字节数必须是4的倍数，不足4的倍数则要对其进行扩充。
假设图像的宽为biWidth个像素、每像素biBitCount个比特，其一个扫描行所占的真实字节数的计算公式如下：
DataSizePerLine=（biWidth*biBitCount/8+3）/4*4
那么，不压缩情况下位图数据的大小（BITMAPINFOHEADER结构中的biSizeImage成员）计算如下：
biSizeImage=DataSizePerLine*biHeight
第二，一般来说，BMP文件的数据是从图像的左下角开始逐行扫描图像的，即从下到上、从左到右，将图像的像素值一一记录下来，因此图像坐标零点在图像左下角。
好了，有了以上的知识后，可以开始压缩程序啦~恩，现在问题是怎么读取那两个结构体，大家都知道c语言的文件读取有两种方式，一个是按字节读取，一个是按位读取，那么用哪个呢？
只好又XX了................好了，XX好了：
二进制方式很简单，读文件时，会原封不动的读出文件的全部內容，写的時候，也是把內存缓冲区的內容原封不动的写到文件中。
而文本方式就不一样了，在读文件时，会将换行符号CRLF（0x0D0x0A）全部转换成单个的0x0A，并且当遇到结束符CTRLZ（0x1A）时，就认为文件已经结束。
相应的，写文件时，会将所有的0x0A换成0x0D0x0A。
所以，若使用文本方式打开二进制文件时，就很容易出现文件读不完整，或內容不对的错误。
即使是用文本方式打开文本文件，也要谨慎使用，比如复制文件，就不应该使用文本方式。
（更多类容请自己XX）
这里我们选择二进制的读入方式
fread（&h,sizeof（BITMAPFILEHEADER）,1,fp）;
以上以读取头部为例，其它的类似（注意要按顺序读取，不要弄反了）
好了，到此第一步已经完成了我们把灰度信息读取到了一个数组里，那开始压缩了，这个按书上那个程序就好，压完得到一个l[]，b[],分别记录每一段的长度和那一段每个像素需要的位数，特别提醒，书上的程序有一个bug！
！
原文output函数里有一段是这样的：
for（intj=1;j<=m;j++）{l[j]=l[s[j]];b[j]=b[s[j]];}
应该是
for（j=1;j<=m;j++）{
l[j]=l[s[j]];
max=-1;
for（i=s[j-1]+1;i<=s[j];i++）{//特别注意这个地方书上错了
if（le（p[i]）>max）//b[i]应该取第j段中占用位数最大的那个
max=le（p[i]）;
}
b[j]=max;
}
b[j]不应该简单的赋值为b[s[j]];而是应该取第j段中占用位数最大的那个。
（太相信课本了，以至于开始的时候没仔细看它，浪费了好几个小时╮（╯▽╰）╭）另外要注意书上那个程序灰度值数组下标是从1开始的，这点要注意下（这个地方也死了1个多小时╮（╯▽╰）╭）好了现在我们得到两个数组l[]和b[],分别记录每一段的长度和那一段每个像素需要的位数，
好了开始将数据压缩到文件里吧，恩怎么压呢？
当然是一段一段压啦，首先放入第一段的长度（8位）然后是每个像素所占的位数（3位）然后循环一下把这个段压下去，这些都不是8的倍数该怎么压呀……猛一想确实挺头疼的。
仔细想想我们只要用一个变量j指示当前字节下标（也就是你要压缩到的那个数组），然后一个变量left指示当前字节还剩多少位可用
这样比如说将一个占bit位的数据压入的代码是
if（left<=bit）{
a[j++]+=temp>>（bit-left）;
a[j]+=（temp<<（8+left-bit））&0xff;
left=8-（bit-left）;
}else{
a[j]+=（temp<<（left-bit））&0xff;
left-=bit;
}
这个自己在草稿纸演算一下应该没问题的，另外一个特别注意的地方，每次向左移位之后都要与oxff做个按位与操作，以获取低8位的数据，即使你声明temp是unsignedchar型也一样，因为在表达式中charunsignedcharshort都会被提升为int型，这叫做整型提升（我也不知道为什么，可能是便于运算看，，这里又纠结了1个多小时，泪奔…..）
好了，灰度值我们知道怎么压缩了，下面就开始压缩吧，头部，头部信息，调试板不变，直接写进文件，额不对，我们怎么知道压缩后的灰度值数组有多长?
还记得这个吗DWORDbiSizeImage;实际的位图数据占用的字节数，我们把压缩后的灰度值数组大小存进去，到时候解压的时候别忘了恢复哈。
压缩完了，下面开始解压，解压就是压缩的逆过程
同样的，我们用i指示当前要读取的字节，left指示当前字节剩余的可用位数，bit表示要读取的灰度值的位数，将结果存到temp里面
if（left<=bit）{
temp+=（（a[i++]<<（8-left））&0xff）>>（8-bit）;
temp+=a[i]>>（8-（bit-left））;
left=8-（bit-left）;
}else{
temp+=（（a[i]>>（left-bit）<<（8-bit））&0xff）
>>（8-bit）;
left-=bit;
}
对运算符的优先级不了解的话还是老老实实加括号吧（同样的自己在草稿纸上演算一下）
至此，大功告成了。
将bmp四部分的信息按顺序写入文件就好了。
下面贴上可以运行的代码，写得有点乱，有时间重构下...
压缩程序
#include
#include
#include
#include
#definelmax256//压缩时每一段包含的最大像素数
#defineheader11//每一段需要11位来保存这一段的信息（8位用来表示段长度
//，3位用来表示每一像素占的位数）
intbmpWidth;//图像的宽
intbmpHeight;//图像的高
RGBQUAD*pColorTable;//颜色表指针
intbiBitCount;//图像类型，每像素位数
unsignedchar*pBmpBuf;//灰度值数组
intlineByte;//每一行的字节数
BITMAPFILEHEADERh;//头部
BITMAPINFOHEADERhead;//头部信息
inti,j;//循环要用到的遍历变量
int*s,*l,*b;//这三个数组的意义和书上是一样的
intm;//分割的段数
intle（inti）//log（i+1）向上取整
{
intk=1;
i=i/2;
while（i>0）{
k++;
i=i/2;
}
returnk;
}
voidtraceback（intn,ints[],intl[]）//和书上一样不解释了
{
if（n==0）
return;
traceback（n-l[n],s,l）;
s[m++]=n-l[n];
}
voidcompress（unsignedcharp[],ints[],intl[],intb[]）//这个也和书上一样
{
intn=bmpWidth*bmpHeight;
intbmax;
s[0]=0;
for（i=1;i<=n;i++）{
b[i]=le（p[i]）;
bmax=b[i];
s[i]=s[i-1]+bmax;
l[i]=1;
for（j=2;j<=i&&j<=lmax;j++）{
if（bmaxbmax=b[i-j+1];
if（s[i]>s[i-j]+j*bmax）{
s[i]=s[i-j]+j*bmax;
l[i]=j;
}
}
s[i]+=header;
}
}
voidcollect（unsignedcharp[],ints[],intl[],intb[]）
{
intmax;
intn=bmpWidth*bmpHeight;
traceback（n,s,l）;
s[m]=n;
for（j=1;j<=m;j++）{
l[j]=l[s[j]];
max=-1;
for（i=s[j-1]+1;i<=s[j];i++）{//特别注意这个地方，书上错了
if（le（p[i]）>max）//b[i]应该取第i段中占用位数最大的那个
max=le（p[i]）;
}
b[j]=max;
}
}
voidstore（unsignedchar*a,int*j,int*left,intbit,inttemp）//将temp存到数组里
{
if（*left<=bit）{
a[（*j）++]+=temp>>（bit-（*left））;
a[（*j）]+=（temp<<（8+（*left）-bit））&0xff;
*left=8-（bit-（*left））;
}else{
a[（*j）]+=（temp<<（*left-bit））&0xff;
*left-=bit;
}
}
voidcompressToFile（char*file,unsignedcharp[],intl[],intb[],intm）//压缩存到文件里
{
FILE*out=fopen（file,"wb"）;
intn=bmpWidth*bmpHeight,left,k=1,t;
unsignedchar*a=（unsignedchar*）malloc（n）;
memset（a,0,n）;
left=8;
j=0;
for（i=1;i<=m;i++）{
store（a,&j,&left,8,l[i]-1）;
store（a,&j,&left,3,b[i]-1）;
t=k+l[i];
for（;kstore（a,&j,&left,b[i],p[k]）;
}
}
head.biSizeImage=j+1;//修改文件大小，这个解压图像中要用到
fwrite（&h,sizeof（BITMAPFILEHEADER）,1,out）;
fwrite（&head,sizeof（BITMAPINFOHEADER）,1,out）;
fwrite（pColorTable,sizeof（RGBQUAD）,256,out）;
fwrite（a,1,j+1,out）;
fclose（out）;
}
unsignedchar*readBmp（char*file）//读取文件
{
unsignedchar*pBmpBuf;
FILE*fp=fopen（file,"rb"）;
fread（&h,sizeof（BITMAPFILEHEADER）,1,fp）;//获取图片头信息
fread（&head,sizeof（BITMAPINFOHEADER）,1,fp）;//定义位图信息头结构变量，读取位图信息头进内存，存放在变量head中
bmpWidth=head.biWidth;//获取图像宽、高、每像素所占位数等信息
bmpHeight=head.biHeight;
biBitCount=head.biBitCount;
lineByte=（bmpWidth*biBitCount/8+3）/4*4;//定义变量，计算图像每行像素所占的字节数（必须是4的倍数）
if（biBitCount==8）{
pColorTable=（RGBQUAD*）malloc（sizeof（RGBQUAD）*256）;//申请颜色表所需要的空间，读颜色表进内存
fread（pColorTable,sizeof（RGBQUAD）,256,fp）;//灰度图像有颜色表，且颜色表表项为256
}
pBmpBuf=（unsignedchar*）malloc（sizeof（unsignedchar）*（lineByte//申请位图数据所需要的空间，读位图数据进内存
*bmpHeight+1））;
fread（pBmpBuf+1,1,lineByte*bmpHeight,fp）;//为了数组下标从1开始
fclose（fp）;//关闭文件
returnpBmpBuf;
}
intmain（）
{
char*file="input.bmp";
pBmpBuf=readBmp（file）;
s=（int*）malloc（sizeof（int）*（bmpWidth*bmpHeight+1））;
l=（int*）malloc（sizeof（int）*（bmpWidth*bmpHeight+1））;
b=（int*）malloc（sizeof（int）*（bmpWidth*bmpHeight+1））;
compress（pBmpBuf,s,l,b）;
collect（pBmpBuf,s,l,b）;
compressToFile（"sqh.bmp",pBmpBuf,l,b,m）;
return0;
}
解压程序
#include
#include
#include
#include
intbmpWidth;//图像的宽
intbmpHeight;//图像的高
RGBQUAD*pColorTable;//颜色表指针
intbiBitCount;//图像类型，每像素位数
unsignedchar*pBmpBuf;//要恢复灰度值数组
intlineByte;//每一行的字节数
BITMAPFILEHEADERh;//头部
BITMAPINFOHEADERhead;//头部信息
unsignedchar*a;//压缩的灰度值数组
voidload（unsignedchar*a,int*i,int*left,intbit,int*temp）//将temp存到数组里
{
if（*left<=bit）{
*temp+=（（a[（*i）++]<<（8-（*left）））&0xff）>>（8-bit）;
*temp+=a[（*i）]>>（8-（bit-（*left）））;
*left=8-（bit-（*left））;
}else{
*temp+=（（a[（*i）]>>（（*left）-bit）<<（8-bit））&0xff）
>>（8-bit）;
*left-=bit;
}
}
voidcraming（）
{
FILE*ss=fopen（"restore.bmp","wb"）;
intleft=8,bit,length,k;
inti=0;//解压前数组index
intj=0;//解压后数组index
while（ilength=0;
bit=0;
load（a,&i,&left,8,&length）;
load（a,&i,&left,3,&bit）;
length++;//因为压缩的时候有减1
bit++;
k=j;
for（;jload（a,&i,&left,bit,&pBmpBuf[j]）;
}
}
head.biSizeImage=bmpWidth*bmpHeight;//恢复像素所占的空间
fwrite（&h,sizeof（BITMAPFILEHEADER）,1,ss）;
fwrite（&head,sizeof（BITMAPINFOHEADER
升级会员 