位图文件内部初探

位图文件内部初探2009-10-07最常用的几种图象文件格式怎样存储图象自从我在十四年前买回第一台pc以后，我就一直对计算机用1和0组成的数据流来存储那些复杂的信息很感兴趣。最初引起我注意的是当时曾很流行的印在杂志上的basic程序清单，它们带有很多数据段，你可将它们键入并运行，以建立其他的程序。从这里我明白了任何程序无论它多么复杂，也只不过是一系列的针对计算机微处理器的指令而已。接着，我对ascii码有了兴趣，然后是字处理文件格式，再后来吗，您就看到了图象。

直至今天仍让我着迷的一种技术是位图文件存储。一个位图存储了计算机上能够再现一幅图象所需的信息。我们经常在显示器上看到图象，例如一幅美丽的日落，然而在计算机眼里它只是一堆0和1的组合。归根结底，也就是位图文件里的这些位和字节来告诉计算机这幅图象中每个象素该是什么颜色，然后计算机把位图中的颜色转化成与它的显示卡兼容的格式，最后输出到显示器上。

这个过程中有趣的是计算机怎样解释位图中的数据，位图文件有多种格式，每种格式都有自己的方法对象素数据编码并给出此种格式所要求的一些其他信息，之所以windows95能够读取.bmp文件而不能读.gif文件，就是因为他的设计人员使paint程序能够对以.bmp格式存储的图象数据进行解码，而不是.gif。

到这里。您一定很想知道一个位图文件里究竟是什么，一种格式同另一种又有什么不同？那么就让我们来简单地看看在pc机上常用的六种位图文件格式。当然还有其他的文件格式，例如对于矢量图形，就是存储一些再现图象的指令而不是每个象素的颜色数据，但是在这里讨论的这六种位图文件格式才是您平时工作最可能使用的。

bmp文件

bmp（bitmap的缩写）文件格式是windows本身的位图文件格式，所谓本身是指windows内部存储位图即采用这种格式。一个.bmp格式的文件通常有.bmp的扩展名，但有一些是以.rle为扩展名的，rle的意思是行程长度编码（runlengthencoding）。这样的文件意味着其使用的数据压缩方法是.bmp格式文件支持的两种rle方法中的一种。

bmp文件可用每象素1、4、8、16或24位来编码颜色信息，这个位数称作图象的颜色深度，它决定了图象所含的最大颜色数。一幅1-bpp（位每象素，bitperpixel）的图象只能有两种颜色。而一幅24-bpp的图象可以有超过16兆种不同的颜色。

下一页的图说明了一个典型.bmp文件的结构。它是以256色也就是8-bpp为例的，文件被分成四个主要的部分：一个位图文件头，一个位图信息头，一个色表和位图数据本身。位图文件头包含关于这个文件的信息。如从哪里开始是位图数据的定位信息，位图信息头含有关于这幅图象的信息，例如以象素为单位的宽度和高度。色表中有图象颜色的rgb值。对显示卡来说，如果它不能一次显示超过256种颜色，读取和显示.bmp文件的程序能够把这些rgb值转换到显示卡的调色板来产生准确的颜色。

bmp文件的位图数据格式依赖于编码每个象素颜色所用的位数。对于一个256色的图象来说，每个象素占用文件中位图数据部分的一个字节。象素的值不是rgb颜色值，而是文件中色表的一个索引。所以在色表中如果第一个r/g/b值是255/0/0，那么象素值为0表示它是鲜红色，象素值按从左到右的顺序存储，通常从最后一行开始。所以在一个256色的文件中，位图数据中第一个字节就是图象左下角的象素的颜色索引，第二个就是它右边的那个象素的颜色索引。如果位图数据中每行的字节数是奇数，就要在每行都加一个附加的字节来调整位图数据边界为16位的整数倍。

并不是所有的bmp文件结构都象表中所列的那样，例如16和24-bpp，文件就没有色表，象素值直接表示rgb值，另外文件私有部分的内部存储格式也是可以变化的。例如，在16和256色.bmp文件中的位图数据采用rle算法来压缩，这种算法用颜色加象素个数来取代一串颜色相同的序列，而且，windows还支持os/2下的.bmp文件，尽管它使用了不同的位图信息头和色表格式。

pcx文件

.pcx是在pc上成为位图文件存储标准的第一种图象文件格式。它最早出现在zsoft公司的paintbrush软件包中，在80年代早期授权给微软与其产品捆绑发行，而后转变为microsoftpaintbrush，并成为windows的一部分。虽然使用这种格式的人在减少，但这种带有.pcx扩展名的文件在今天仍是十分常见的。

pcx文件分为三部分，依次为：pcx文件头，位图数据和一个可选的色表。文件头长达128个字节，分为几个域，包括图象的尺寸和每个象素颜色的编码位数。位图数据用一种简单的rle算法压缩，最后的可选色表有256个rgb值，pcx格式最初是为cga和ega来设计的，后来经过修改也支持vga和真彩色显示卡，现在pcx图象可以用1、4、8或24-bpp来对颜色数据进行编码。

tiff文件

pcx格式是所有位图文件格式中最简单的，而tiff（taggedimagefileformat）则是最难的一种。

tiff文件含有.tif的扩展名。它以8字节长的图象文件头开始（ifh），这个文件头中最重要的成员是一个指向名为图象文件目录（ifd）的数据结构的指针。Ifd是一个名为标记（tag）的用于区分一个或多个可变长度数据块的表，标记中含有关于图象的信息。Tiff文件格式定义70多种不同类型的标记，有的用来存放以象素为单位的图象宽度和高度，有的用来存放色表（如果需要的话），当然还必须有用来存放位图数据的标记，一个tiff格式文件完全为它的标记所决定，而且这种文件结构极易扩展，因为你要附加一些特征只须增加一些额外的标记。

究竟是什么使tiff文件如此复杂？一方面，要写一种能够识别所用不同标记的软件非常困难。大多数tiff的阅读程序只能识别一部分标记，所以会出现这种情况：有时一个应用程序创建的tiff文件，另一个应用程序却不能使用。创建tiff文件的程序还可能会在文件中加一些只有它自己认识的标记，虽然tiff的阅读程序可以跳过那些它们不认得的标记，但这样做总是有可能影响到图象的质量。

另一方面，一个tiff文件可以包含多个图象，每个图象都有自己的ifd和一系列标记。Tiff文件中的位图数据可能会用好几种方法来压缩，所以一个完备的tiff阅读程序应该有rle解压缩程序，lzw解压缩程序和其他一些算法的解压缩程序。然而更糟的是使用lzw的解码必须得到unisys公司的同意，且通常是需要付版税的。所以即使是一些相当不错的tiff阅读程序在它们遇到lzw算法压缩的图象时也是无能为力的。

尽管tiff是那么的复杂，但仍是一种最好的跨平台格式。因为它非常灵活，无论在视觉上还是其他方面，都能把任何图象编码成二进制形式而不丢失任何属性。