BMP（Bitmap）是一种广泛使用的图像文件格式，尤其在早期计算机图形处理中占有一席之地。它以简单直观的结构储存数字图像数据，尽管文件体积较大，但因其无损存储特点，仍然是一些基础图像操作中的首选格式。本文将深入探讨BMP文件的结构、存储方式、以及如何通过编程语言（如Python）进行读取和写入操作。
1. BMP文件结构详解
BMP文件的基本结构由四部分组成：文件头、信息头、可选调色板和图像数据。以下是每部分的具体内容：
文件头 (BITMAPFILEHEADER)
文件头占14字节，主要用于存储文件的基本信息，包括：
bfType: 文件类型，固定为“BM”。
bfSize: 整个BMP文件的大小，包含头部和图像数据。
bfOffBits: 从文件开始到图像数据的偏移量。
bfReserved1 和 bfReserved2: 保留字，通常为0。
信息头 (BITMAPINFOHEADER)
信息头占40字节，包含有关图像的详细信息：
biSize: 信息头的大小，固定为40字节。
biWidth: 图像的宽度（像素数）。
biHeight: 图像的高度（像素数）。
biBitCount: 每个像素的位数，如1位、8位、24位等。
biCompression: 压缩方式，通常为0表示无压缩。
biSizeImage: 图像数据的大小。
biClrUsed 和 biClrImportant: 调色板的颜色数及其重要性描述。
调色板（可选）
当图像的颜色深度低于24位时，会包含调色板数据。调色板存储图像中使用的颜色索引。
图像数据
实际的图像数据存储在BMP文件的最后部分，根据图像的宽度、高度和颜色深度来计算数据的大小。
2. BMP文件读取与解析
BMP文件的读取过程首先需要解析文件头和信息头，接着根据头部信息读取图像数据。以下是一个用Python读取BMP文件的简单示例：
pythonimport structdef read_bmp(file_path): with open(file_path, 'rb') as f: # 读取文件头 file_header = f.read(14) bfType, bfSize, bfReserved1, bfReserved2, bfOffBits = struct.unpack('<2sIHHI', file_header) assert bfType == b'BM' # 读取信息头 info_header = f.read(40) biSize, biWidth, biHeight, biPlanes, biBitCount = struct.unpack('<IIIHHII', info_header) assert biSize == 40 # 读取图像数据 pixel_data_size = (biWidth * biBitCount + 7) // 8 * biHeight if biBitCount <= 8: num_colors = 1 << biBitCount palette = f.read(num_colors * 4) pixel_data = f.read(pixel_data_size) return pixel_data, biWidth, biHeight, biBitCount3. BMP文件写入方法
在创建BMP文件时，需要按照特定的顺序写入文件头、信息头、调色板（如有）以及图像数据。下面是一个简单的写入BMP文件的示例代码：
pythonimport structdef write_bmp(file_path, pixel_data, width, height, bit_count): # 创建文件头和信息头 bfType = b'BM' bfSize = 14 + 40 + len(pixel_data) bfReserved1 = bfReserved2 = 0 bfOffBits = 14 + 40 biSize = 40 biWidth = width biHeight = height biPlanes = 1 biBitCount = bit_count biCompression = 0 biSizeImage = len(pixel_data) biXPelsPerMeter = biYPelsPerMeter = 0x130B # 72 DPI biClrUsed = biClrImportant = 0 info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIIIII', biSize, biWidth, biHeight, biPlanes, biBitCount, biCompression, biSizeImage, biXPelsPerMeter, biYPelsPerMeter, biClrUsed, biClrImportant) # 写入文件头和信息头 with open(file_path, 'wb') as f: f.write(bfType + struct.pack('<IHH', bfSize, bfReserved1, bfReserved2) + struct.pack('<I', bfOffBits)) f.write(info_header) if bit_count <= 8: num_colors = 1 << bit_count palette = bytes([0] * num_colors * 4) # 填充调色板（如果有的话） f.write(palette) f.write(pixel_data)4. BMP文件的颜色模式
BMP文件支持多种颜色深度，具体由biBitCount字段决定。常见的颜色模式包括：
1位：黑白图像，只有两种颜色。
4位：16色调色板图像。
8位：256色调色板图像。
24位：真彩色图像，每个像素使用24位RGB颜色。
32位：带Alpha通道的真彩色图像（RGBA），适用于带透明度的图像。
BMP文件格式结构简单且易于解析，虽然文件体积较大但具有无损的特点，适合用于一些要求高质量图像存储的应用场景。通过本文中的解析与代码示例，我们可以清晰地理解BMP文件的存储方式及其操作方法，掌握BMP格式的读取和写入技巧，有助于在需要图像处理时选择合适的文件格式。
