bmp图像压缩算法详细解析.docx

1、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*192 B，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。 BM

2、P文件被分成4个部分：位图文件头（Bitmap File Header）、位图信息（BitmapInfoHeader）、颜色表（Color Map）和位图数据（即图像数据，Data Bits或Data Body）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：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType; 位图文件类型，必须是0x424D，即字符串“BM” DWORD bfSize; 位图文件大小，包括这14个字节。 WORD bfReserved1; Windows保留字，

3、暂不用。 WORD bfReserved2; Windows保留字，暂不用。 DWORD bfOffBits; 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：typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD biSize; 本结构的长度

4、，为40个字节。 LONG biWidth; 位图的宽度，以像素为单位。 LONG biHeight; 位图的高度，以像素为单位. WORD biPlanes; 目标设备的级别，必须是1。 WORD biBitCount 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。 DWORD biCompression; 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=B

5、I_RGB。 DWORD biSizeImage; 实际的位图数据占用的字节数 LONG biXPelsPerMeter; 指定目标设备的水平分辨率，单位是像素/米。 LONG biYPelsPerMeter; 指定目标设备的垂直分辨率，单位是像素/米。 DWORD biClrUsed; 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。 DWORD biClrImportant; 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, *PBITMAPINFOHEA

6、DER;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：typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue; 该颜色的蓝色分量； BYTE rgbGreen; 该颜色的绿色分量； BYTE rgbRed; 该颜色的红色分量； BYTE rgbReserved; 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BITMAP

7、INFOHEADER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21=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28=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

8、，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，Wind

9、ows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

10、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(0x0D 0x0A)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

11、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(int j=1;j=m;

12、j+)lj=lsj;bj=bsj;应该是for (j = 1; j = m; j+) lj = lsj; max = -1; for (i = sj - 1 + 1; i max) /bi应该取第j段中占用位数最大的那个 max = le(pi); bj = max; bj不应该简单的赋值为bsj;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

13、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 - left); aj +=(temp (8 + left - bit) & 0xff; left = 8 - (bit - left); else aj += (temp (left - bit) & 0xff; left -=

14、 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unsigned char型也一样，因为在表达式中 char unsigned char short 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DWORD biSizeImage; 实际的位图数据占用的字节数，我们把压缩后

15、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 += (ai+ (8 - bit); temp += ai (8 - (bit - left); left = 8 - (bit - left); else temp += (ai (left - bit) (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

16、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 #define lmax 256 /压缩时每一段包含的最大像素数#define header 11 /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）int bmpWidth; /图像的宽int bmpHeight; /图像的高RGBQUAD *pColorTable; /颜色表指针int biBitCount; /图像类型，每像素位数unsigned char

17、 *pBmpBuf; /灰度值数组int lineByte; /每一行的字节数BITMAPFILEHEADER h; /头部BITMAPINFOHEADER head; /头部信息int i, 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int m; /分割的段数 int le(int i) /log(i+1)向上取整 int k = 1; i = i / 2; while (i 0) k+; i = i / 2; return k;void traceback(int n, int s, int l) /和书上一样不解释了 if (n = 0

18、) return; traceback(n - ln, s, l); sm+ = n - ln;void compress(unsigned char p, int s, int l, int b)/这个也和书上一样 int n = bmpWidth * bmpHeight; int bmax; s0 = 0; for (i = 1; i = n; i+) bi = le(pi); bmax = bi; si = si - 1 + bmax; li = 1; for (j = 2; j = i & j = lmax; j+) if (bmax si - j + j * bmax) si = s

19、i - j + j * bmax; li = j; si += header; void collect(unsigned char p, int s, int l, int b) int max; int n = bmpWidth * bmpHeight; traceback(n, s, l); sm = n; for (j = 1; j = m; j+) lj = lsj; max = -1; for (i = sj - 1 + 1; i max) /bi应该取第i段中占用位数最大的那个 max = le(pi); bj = max; void store(unsigned char *a

20、, int *j, int *left, int bit, int temp)/将temp存到数组里 if (*left (bit - (*left); a(*j) +=(temp (8 + (*left) - bit) & 0xff; *left = 8 - (bit - (*left); else a(*j) += (temp (*left - bit) & 0xff; *left -= bit; void compressToFile(char*file,unsigned char p, int l, int b, int m) /压缩存到文件里 FILE *out = fopen(fi

21、le, wb); int n = bmpWidth * bmpHeight, left, k = 1, t; unsigned char *a = (unsigned char*) malloc(n); memset(a, 0, n); left = 8; j = 0; for (i = 1; i = m; i+) store(a,&j,&left,8,li - 1); store(a,&j,&left,3,bi - 1); t = k + li; for (; k t; k+) store(a,&j,&left,bi,pk); head.biSizeImage = j + 1; /修改文件大

22、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); unsigned char* readBmp(char *file) /读取文件 unsigned char*pBmpBuf; FILE *fp = fopen(file, rb); fread(&h, siz

23、eof(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

24、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 = (unsigned char*) malloc(sizeof(unsigned char) * (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, l

25、ineByte * bmpHeight, fp); /为了数组下标从1开始 fclose(fp); /关闭文件 return pBmpBuf; int main() 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 * bmpH

26、eight + 1); compress(pBmpBuf, s, l, b); collect(pBmpBuf, s, l, b); compressToFile(sqh.bmp,pBmpBuf, l, b, m); return 0;解压程序#include #include #include #include int bmpWidth; /图像的宽int bmpHeight; /图像的高RGBQUAD *pColorTable; /颜色表指针int biBitCount; /图像类型，每像素位数unsigned char *pBmpBuf; /要恢复灰度值数组int lineByte; /

27、每一行的字节数BITMAPFILEHEADER h; /头部BITMAPINFOHEADER head; /头部信息unsigned char *a; /压缩的灰度值数组 void load(unsigned char *a, int *i, int *left, int bit, int *temp)/将temp存到数组里 if (*left = bit) *temp += (a(*i)+ (8 - bit); *temp += a(*i) (8 - (bit - (*left); *left = 8 - (bit - (*left); else *temp += (a(*i) (*left

28、) - bit) (8 - bit); *left -= bit; void craming() FILE *ss = fopen(restore.bmp, wb); int left = 8, bit, length, k; int i = 0;/解压前数组index int j = 0;/解压后数组index while (i head.biSizeImage) length = 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 (; j k + length; j+) load(a, &i, &left, bit, &pBmpBufj); head.biSizeImage = bmpWidth * bmpHeight; /恢复像素所占的空间 fwrite(&h, sizeof(BITMAPFILEHEADER), 1, ss); fwrite(&head, sizeof(BITMAPINFOHEADER