LV15-04-LCD应用编程-03-显示BMP图片

发表于 2024-10-02 分类于嵌入式开发， 02IMX6ULL平台， LV03-应用开发本文字数： 5k 阅读时长 ≈ 18 分钟

本文主要是LCD应用编程——显示BMP图片的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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一、BMP图片格式

这个可以直接看《01嵌入式开发/04音视频/LV01-图像基础知识/LV01-图像-03-图片格式-02-BMP.md》这篇笔记，这篇笔记详细学习了BMP文件格式。不过这里还是简单的再了解一下。

1. BMP 图像介绍

我们常用的图片格式有很多，一般最常用的有三种： JPEG（或 JPG）、 PNG、 BMP 和 GIF。其中 JPEG（或 JPG）、 PNG 以及 BMP 都是静态图片，而 GIF 则可以实现动态图片。

BMP（全称 Bitmap）是 Window 操作系统中的标准图像文件格式，文件后缀名为“.bmp”，使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，图像数据没有进行任何压缩，因此， BMP 图像文件所占用的空间很大，但是没有失真、并且解析 BMP 图像简单。

BMP 文件的图像深度可选 lbit、 4bit、 8bit、 16bit、 24bit 以及 32bit，典型的 BMP 图像文件由四部分组成：

①、 BMP 文件头（BMP file header），它包含 BMP 文件的格式、大小、位图数据的偏移量等信息；

②、位图信息头（bitmap information），它包含位图信息头大小、图像的尺寸、图像大小、位平面数、压缩方式以及颜色索引等信息；

③、调色板（color palette），这部分是可选的，如果使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应颜色的映射表；

④、位图数据（bitmap data），也就是图像数据。

BMP 文件头、位图信息头、调色板和位图数据，总结如下表所示：

数据段名称	大小（Byte）	说明
bmp 文件头 (bmp file header)	14	包含 BMP 文件的格式、大小、到位图数据的偏移量等信息
位图信息头 (bitmap information）	通常为 40 或 56 字节	包含位图信息头大小、图像的尺寸、图像大小、位平面数、压缩方式以及颜色索引等信息；
调色板 (color palette)	由颜色索引数决定	可选，如果使用索引来表示图像的颜色，则调色板就是索引与其对应颜色的映射表；
位图数据 (bitmap data）	由图像尺寸决定	图像数据

一般常见的图像都是以 16 位（R、 G、 B 三种颜色分别使用 5bit、 6bit、 5bit 来表示）、 24 位（R、 G、B 三种颜色都使用 8bit 来表示）色图像为主，我们称这样的图像为真彩色图像，真彩色图像是不需要调色板的，即位图信息头后面紧跟的就是位图数据了。

对某些 BMP 位图文件说并非如此，如 16 色位图、 256 色位图，它们需要使用到调色板，具体调色板如何使用，我们不关心，这里我们将会以 16 位色（RGB565） BMP 图像为例进行学习。

2. BMP图像格式

以一张 16 位 BMP 图像为例，如下图所示：

首先在 Windows 下查看该图片的属性，如下所示：

可以看到该图片的分辨率为 800*480，位深度为 16bit，每个像素点使用 16 位表示，也就是 RGB565。接下来使用十六进制查看工具将 image.bmp 文件打开，文件头部分的内容如下所示：

1. bmp文件头

Windows 下为 bmp 文件头定义了如下结构体：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
{
    UINT16 bfType;
    DWORD bfSize;
    UINT16 bfReserved1;
    UINT16 bfReserved2;
    DWORD bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER;

结构体中每一个成员说明如下：

变量名	地址偏移	大小	作用
bfType	00H	2 bytes	说明 bmp 文件的类型，可取值为： ①BM – Windows ②BA – OS/2 Bitmap Array ③CI – OS/2 Color Icon④CP – OS/2 Color Pointer ⑤IC – OS/2 Icon ⑥PT – OS/2 Pointer
bfSize	02H	4 bytes	说明该文件的大小，以字节为单位。
bfReserved1	06H	2 bytes	保留字段，必须设置为 0。
bfReserved2	08H	2 bytes	保留字段，必须设置为 0。
bfOffBits	0AH	4 bytes	说明从文件起始位置到图像数据之间的字节偏移量。这个参数非常有用，因为位图信息头和调色板的长度会根据不同的情况而变化，所以我们可以用这个偏移量迅速从文件中找到图像数据的偏移地址。

bmp 文件头的大小固定为 14 个字节。从上面的描述信息，再来对照文件数据：

00~01H： 0x42、 0x4D 对应的 ASCII 字符分别为为 B、 M，表示这是 Windows 所支持的位图格式，该字段必须是“BM”才是 Windows 位图文件。

02~05H：对应于文件大小， 0x000BB848=768072 字节，与 image.bmp 文件大小是相符的。

06~09H：保留字段。

0A~0D： 0x00000046=70，即从文件头部开始到位图数据需要偏移 70 个字节。

1.2 位图信息头

同样， Windows 下为位图信息头定义了如下结构体：

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {
    DWORD biSize;
    LONG biWidth;
    LONG biHeight;
    WORD biPlanes;
    WORD biBitCount;
    DWORD biCompression;
    DWORD biSizeImage;
    LONG biXPelsPerMeter;
    LONG biYPelsPerMeter;
    DWORD biClrUsed;
    DWORD biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER;

结构体中每一个成员说明如下 :

变量名	地址偏移	大小	作用
biSize	0EH	4 bytes	位图信息头大小。
biWidth	12H	4 bytes	图像的宽度，以像素为单位。
biHeight	16H	4 bytes	图像的高度，以像素为单位。注意，这个值除了用于描述图像的高度之外，它还有另外一个用途，用于指明该图像是倒向的位图、还是正向的位图。如果该值是一个正数，说明是倒向的位图；如果该值是一个负数，则说明是正向的位图。一般情况下， BMP 图像都是倒向的位图，也就是该值是一个正数。
biPlanes	1AH	2 bytes	色彩平面数，该值总被设置为 1。
biBitCount	1CH	2 bytes	像素深度，指明一个像素点需要多少个 bit 数据来描述，其值可为 1、 4、 8、 16、 24、 32
biCompression	1EH	4 bytes	说明图像数据的压缩类型，取值范围如下： ①0 – RGB 方式 ②1 – 8bpp 的 RLE 方式，只用于 8bit 位图 ③2 – 4bpp 的 RLE 方式，只用于 4bit 位图 ④3 – Bit-fields 方式 ⑤4 – 仅用于打印机 ⑥5 – 仅用于打印机
biSizeImage	22H	4 bytes	说明图像的大小，以字节为单位，当压缩类型为 BI_RGB 时，可设置为 0。
biXPelsPerMeter	26H	4 bytes	水平分辨率，用像素/米来表示，有符号整数。
biYPelsPerMeter	2AH	4 bytes	垂直分辨率，用像素/米来表示，有符号整数。
biClrUsed	2EH	4 bytes	说明位图实际使用的彩色表中的颜色索引数。
biClrImportant	32H	4 bytes	说明对图像显示有重要影响的颜色索引的数目，如果是 0，则表示都重要。

从上面的描述信息，再来对照文件数据：

0E~11H： 0x00000038=56，这说明这个位图信息头的大小为 56 个字节。

12~15H： 0x00000320=800，图像宽度为 800 个像素，与文件属性一致。

16~19H： 0x000001E0=480，图像高度为 480 个像素，与文件属性一致；这个数是一个正数，说明是一个倒向的位图，什么是正向的位图、什么是倒向的位图，说的是图像数据的排列问题；如果是正向的位图，图像数据是按照图像的左上角到右下角方式排列的，水平方向从左到右，垂直方向从上到下。倒向的位图，图像数据则是按照图像的左下角到右上角方式排列的，水平方向依然从左到右，垂直方向改为从下到上。

1A~1BH： 0x0001=1，这个值总为 1。

1C~1DH： 0x0010=16，表示每个像素占 16 个 bit。

1E~21H： 0x00000003=3， bit-fileds 方式。

22~25H： 0x000BB802=768002，图像的大小，注意图像的大小并不是 BMP 文件的大小，而是图像数据的大小。

26~29H： 0x00000EC2=3778，水平分辨率为 3778 像素/米。

2A~2DH： 0x00000EC2=3778，垂直分辨率为 3778 像素/米。

2E~31H： 0x00000000=0，本位图未使用调色板。

32~35H： 0x00000000=0。

只有压缩方式选项被设置为 bit-fileds（0x3）时，位图信息头的大小才会等于 56 字节，否则，为 40 字节。 56 个字节相比于 40 个字节，多出了 16 个字节，那么多出的 16 个字节数据描述了什么信息呢？稍后再学习。

1.3 调色板

调色板是单色、 16 色、 256 色位图图像文件所持有的，如果是 16 位、 24 位以及 32 位位图文件，则 BMP文件组成部分中不包含调色板，这里就不深入了解了。

1.4 位图数据

位图数据其实就是图像的数据，对于 24 位位图，使用 3 个字节数据来表示一个像素点的颜色，对于 16位位图，使用 2 个字节数据来表示一个像素点的颜色，同理， 32 位位图则使用 4 个字节来描述。BMP 位图分为正向的位图和倒向的位图，主要区别在于图像数据存储的排列方式，如下如所示（左边对应的是正向位图，右边对应的则是倒向位图）：

所以正向位图先存储图像的第一行数据，从左到右依次存放，接着存放第二行，依次这样；而倒向位图，则先存储图像的最后一行（倒数第一行）数据，也是从左到右依次存放，接着倒数二行，依次这样。

二、RGB 和 Bit-Fields

当图像中引用的色彩超过 256 种时，就需要 16bpp 或更高 bpp 的位图（24 位、 32 位）。调色板不适合bpp 较大的位图，因此 16bpp 及以上的位图都不使用调色板，不使用调色板的位图图像有两种编码格式：RGB 和 Bit-Fields（下称 BF）。

RGB 编码格式是一种均分的思想，使 Red、 Green、 Blue 三种颜色信息容量一样大，譬如 24bpp-RGB，它通常只有这一种编码格式，在 24bits 中，低 8 位表示 Blue 分量；中 8 为表示 Green 分量；高 8 位表示 Red分量。

而在 32bpp-RGB 中，低 24 位的编码方式与 24bpp 位图相同，最高 8 位用来表示透明度 Alpha 分量。32bpp 的位图尺寸太大，一般只有在图像处理的中间过程中使用。对于需要半透过效果的图像，更好的选择是 PNG 格式。

BF 编码格式与 RGB 不同，它利用位域操作，人为地确定 RGB 三分量所包含的信息容量。位图信息头介绍中提及到，当压缩方式选项置为 BF 时，位图信息头大小比平时多出 16 字节，这 16 个字节实际上是 4个 32bit 的位域掩码，按照先后顺序，它们分别是 R、 G、 B、 A 四个分量的位域掩码，当然如果没有 Alpha分量，则 Alpha 掩码没有实际意义。

位域掩码的作用是指出 R、 G、 B 三种颜色信息容量的大小，分别使用多少个 bit 数据来表示，以及三种颜色分量的位置偏移量。例如对于 16 位色的 RGB565 图像，通常使用 BF 编码格式，同样这也是 BF 编码格式最著名和最普遍的应用之一，它的 R、 G 和 B 分量的位域掩码分别是 0xF800、 0x07E0 和 0x001F，也就是 R 通道使用 2 个字节中的高 5 位表示， G 通道使用 2 个字节中的中间 6 位表示。而 B 通道则使用 2个字节中的最低 5 位表示，如下图所示：