音视频入门-04-BMP图像四字节对齐的问题
2019-09-25 本文已影响0人
binglingziyu
BMP 图像四字节对齐
表示 BMP 位图中像素的位元是以行为单位对齐存储的，每一行的大小都向上取整为4字节（32 位 DWORD）的倍数。如果图像的高度大于 1，多个经过填充实现对齐的行就形成了像素数组。
完整存储的一行像素所需的字节数可以通过这个公式计算：
image-demo-bmp-dword-align
-
每一行的末尾通过填充若干个字节的数据（并不一定为 0）使该行的长度为 4 字节的倍数。像素数组读入内存后，每一行的起始地址必须为 4 的倍数。这个限制仅针对内存中的像素数组，针对存储时，仅要求每一行的大小为 4 字节的倍数，对文件的偏移没有限制。
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例如：对于 24 位色的位图，如果它的宽度为 1 像素，那么除了每一行的数据（蓝、绿、红）需要占 3 字节外，还会填充 1 字节；而如果宽为 2 像素，则需要 2 字节的填充；宽为 3 像素时，需要 3 字节填充；宽为 4 像素时则不需要填充。
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图像相同的条件下，位图图像文件通常比使用其它压缩算法的图像文件大很多。
四字节对齐问题-发现
没有四字节对齐的 700x700 BMP 文件
之前，用 RGB 拼出一张 700x700 的彩虹图片，并成功保存成 BMP 文件。
当时并没有进行四字节对齐，保存成的 BMP 文件也没有问题。
image-demo-rainbow-bmp
原因：
根据四字节对齐的要求，700 x 3 = 2100，2100 / 4 = 525，行像素数据已经四字节对齐了。
如果没有对齐会怎么样
将图片尺寸改成 711x711：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 彩虹的七种颜色
u_int32_t rainbowColors[] = {
0XFF0000, // 红
0XFFA500, // 橙
0XFFFF00, // 黄
0X00FF00, // 绿
0X007FFF, // 青
0X0000FF, // 蓝
0X8B00FF // 紫
};
/*bmp file header*/
typedef struct {
unsigned int bfSize; /* Size of file */
unsigned short bfReserved1; /* Reserved */
unsigned short bfReserved2; /* ... */
unsigned int bfOffBits; /* Offset to bitmap data */
} BitmapFileHeader;
/*bmp info header*/
typedef struct {
unsigned int biSize; /* Size of info header */
int biWidth; /* Width of image */
int biHeight; /* Height of image */
unsigned short biPlanes; /* Number of color planes */
unsigned short biBitCount; /* Number of bits per pixel */
unsigned int biCompression; /* Type of compression to use */
unsigned int biSizeImage; /* Size of image data */
int biXPelsPerMeter; /* X pixels per meter */
int biYPelsPerMeter; /* Y pixels per meter */
unsigned int biClrUsed; /* Number of colors used */
unsigned int biClrImportant; /* Number of important colors */
} BitmapInfoHeader;
void writeRGBToBmp(char *filename, int width, int height) {
FILE *bitmapFile = fopen(filename, "wb");
if(!bitmapFile) {
printf("Could not write file \n");
return;
}
uint16_t bfType = 0x4d42;
BitmapFileHeader fileHeader;
fileHeader.bfReserved1 = 0;
fileHeader.bfReserved2 = 0;
fileHeader.bfSize = 2 + sizeof(BitmapFileHeader) + sizeof(BitmapInfoHeader) + width*height*3;
fileHeader.bfOffBits = 0x36;
BitmapInfoHeader infoHeader;
infoHeader.biSize = sizeof(BitmapInfoHeader);
infoHeader.biWidth = width;
infoHeader.biHeight = -height;
infoHeader.biPlanes = 1;
infoHeader.biBitCount = 24;
infoHeader.biSizeImage = 0;
infoHeader.biCompression = 0;
infoHeader.biXPelsPerMeter = 5000;
infoHeader.biYPelsPerMeter = 5000;
infoHeader.biClrUsed = 0;
infoHeader.biClrImportant = 0;
fwrite(&bfType, sizeof(bfType), 1, bitmapFile);
fwrite(&fileHeader, sizeof(fileHeader), 1, bitmapFile);
fwrite(&infoHeader, sizeof(infoHeader), 1, bitmapFile);
for (int i = 0; i < width; ++i) {
// 当前颜色
u_int32_t currentColor = rainbowColors[0];
if(i < 100) {
currentColor = rainbowColors[0];
} else if(i < 200) {
currentColor = rainbowColors[1];
} else if(i < 300) {
currentColor = rainbowColors[2];
} else if(i < 400) {
currentColor = rainbowColors[3];
} else if(i < 500) {
currentColor = rainbowColors[4];
} else if(i < 600) {
currentColor = rainbowColors[5];
} else if(i < 700) {
currentColor = rainbowColors[6];
}
// 当前颜色 R 分量
u_int8_t R = (currentColor & 0xFF0000) >> 16;
// 当前颜色 G 分量
u_int8_t G = (currentColor & 0x00FF00) >> 8;
// 当前颜色 B 分量
u_int8_t B = currentColor & 0x0000FF;
for (int j = 0; j < height; ++j) {
// 按 BGR 顺序写入一个像素 RGB24 到文件中
fwrite(&B, 1, 1, bitmapFile);
fwrite(&G, 1, 1, bitmapFile);
fwrite(&R, 1, 1, bitmapFile);
}
}
fclose(bitmapFile);
}
int main() {
writeRGBToBmp("/Users/hubin/Desktop/rainbow-711x711.bmp", 711, 711);
return 0;
}
彩虹图片已经无法显示出来了：
image-demo-bmp-no-dword-align
四字节对齐问题-解决
计算一行像素，四字节对齐后的字节数
// 计算每一行像素 4 字节对齐后的字节数
int caculateLineBytes(int width) {
//******* 四字节对齐 *******
return (24 * width + 31)/32 *4;
//******* 四字节对齐 *******
}
写入一行像素的数据
// 计算一行像素四字节对齐所需字节数
int lineBytes = caculateLineBytes(width);
for (int i = 0; i < width; ++i) {
u_int32_t currentColor = rainbowColors[i];
u_int8_t R = (currentColor & 0xFF0000) >> 16;
u_int8_t G = (currentColor & 0x00FF00) >> 8;
u_int8_t B = currentColor & 0x0000FF;
// 存储一行像素数据的数组
u_int8_t lineBytesArray[lineBytes];
for (int j = 0; j < height; ++j) {
int currentIndex = 3*j;
lineBytesArray[currentIndex] = B;
lineBytesArray[currentIndex+1] = G;
lineBytesArray[currentIndex+2] = R;
}
// 将四字节对齐后的一行像素数据写入文件
fwrite(lineBytesArray, sizeof(lineBytesArray), 1, file);
}
完整的代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 彩虹的七种颜色
u_int32_t rainbowColors[] = {
0XFF0000, // 红
0XFFA500, // 橙
0XFFFF00, // 黄
0X00FF00, // 绿
0X007FFF, // 青
0X0000FF, // 蓝
0X8B00FF // 紫
};
/*bmp file header*/
typedef struct {
unsigned int bfSize; /* Size of file */
unsigned short bfReserved1; /* Reserved */
unsigned short bfReserved2; /* ... */
unsigned int bfOffBits; /* Offset to bitmap data */
} BitmapFileHeader;
/*bmp info header*/
typedef struct {
unsigned int biSize; /* Size of info header */
int biWidth; /* Width of image */
int biHeight; /* Height of image */
unsigned short biPlanes; /* Number of color planes */
unsigned short biBitCount; /* Number of bits per pixel */
unsigned int biCompression; /* Type of compression to use */
unsigned int biSizeImage; /* Size of image data */
int biXPelsPerMeter; /* X pixels per meter */
int biYPelsPerMeter; /* Y pixels per meter */
unsigned int biClrUsed; /* Number of colors used */
unsigned int biClrImportant; /* Number of important colors */
} BitmapInfoHeader;
// 计算每一行像素 4 字节对齐后的字节数
int caculateLineBytes(int width) {
//******* 四字节对齐 *******
return (24 * width + 31)/32 *4;
//******* 四字节对齐 *******
}
void writeRGBToBmp(char *filename, int width, int height) {
FILE *bitmapFile = fopen(filename, "wb");
if(!bitmapFile) {
printf("Could not write file \n");
return;
}
uint16_t bfType = 0x4d42;
int lineBytes = caculateLineBytes(width);
BitmapFileHeader fileHeader;
fileHeader.bfReserved1 = 0;
fileHeader.bfReserved2 = 0;
fileHeader.bfSize = 2 + sizeof(BitmapFileHeader) + sizeof(BitmapInfoHeader) + lineBytes*height;
fileHeader.bfOffBits = 0x36;
BitmapInfoHeader infoHeader;
infoHeader.biSize = sizeof(BitmapInfoHeader);
infoHeader.biWidth = width;
infoHeader.biHeight = -height;
infoHeader.biPlanes = 1;
infoHeader.biBitCount = 24;
infoHeader.biSizeImage = 0;
infoHeader.biCompression = 0;
infoHeader.biXPelsPerMeter = 5000;
infoHeader.biYPelsPerMeter = 5000;
infoHeader.biClrUsed = 0;
infoHeader.biClrImportant = 0;
fwrite(&bfType, sizeof(bfType), 1, bitmapFile);
fwrite(&fileHeader, sizeof(fileHeader), 1, bitmapFile);
fwrite(&infoHeader, sizeof(infoHeader), 1, bitmapFile);
for (int i = 0; i < width; ++i) {
// 当前颜色
u_int32_t currentColor = rainbowColors[0];
if(i < 100) {
currentColor = rainbowColors[0];
} else if(i < 200) {
currentColor = rainbowColors[1];
} else if(i < 300) {
currentColor = rainbowColors[2];
} else if(i < 400) {
currentColor = rainbowColors[3];
} else if(i < 500) {
currentColor = rainbowColors[4];
} else if(i < 600) {
currentColor = rainbowColors[5];
} else if(i < 700) {
currentColor = rainbowColors[6];
}
// 当前颜色 R 分量
u_int8_t R = (currentColor & 0xFF0000) >> 16;
// 当前颜色 G 分量
u_int8_t G = (currentColor & 0x00FF00) >> 8;
// 当前颜色 B 分量
u_int8_t B = currentColor & 0x0000FF;
u_int8_t lineBytesArray[lineBytes];
for (int j = 0; j < height; ++j) {
int currentIndex = 3*j;
lineBytesArray[currentIndex] = B;
lineBytesArray[currentIndex+1] = G;
lineBytesArray[currentIndex+2] = R;
}
fwrite(lineBytesArray, sizeof(lineBytesArray), 1, bitmapFile);
}
fclose(bitmapFile);
}
int main() {
writeRGBToBmp("/Users/staff/Desktop/rainbow-711x711-fix.bmp", 711, 711);
return 0;
}
711x711 的彩虹图片也显示出来了：
image-demo-bmp-with-dword-align.jpg
代码：
参考资料：
non-dword-aligned-pixel-to-dword-aligned-bitmap
generate-bmp-file-from-array-of-rgb-values
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