音视频入门-04-BMP图像四字节对齐的问题
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
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：
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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 700×700 BMP 文件
之前，用 RGB 拼出一张 700×700 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。
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 711×711：
#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：
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; } 711×711 的彩虹图片也显示出来了：
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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