數據壓縮實驗報告2-bmp轉yuv

（1）bmp文件格式
BMP（Bitmap)是Windows操作系統中的標準圖像文件格式，可分爲設備相關位圖（DDB）和設備無關位圖（DIB），使用十分廣泛。它採用位映射存貯格式，除了圖像深度可選外，絕大多數無壓縮，因此所佔空間很大。BMP文件的圖像深度可選1bit，4bit，8bit，16bit及24bit。BMP文件存貯數據時，圖像的掃描方式是按從左到右、從上到下的順序，故rgb數值是倒敘的。
典型的BMP圖像由四部分組成

其中位圖頭文件主要包括

  typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
        WORD  bfType;/* 說明文件的類型  */
        DWORD  bfSize;/* 說明文件的大小，用字節爲單位,需注意此處字節序問題*/                                                        
        WORD  bfReserved1;  /* 保留，設置爲0 */
        WORD  bfReserved2;   /* 保留，設置爲0 */
        DWORD  bfOffBits; /*說明從文件頭開始到實際圖像數據之間的字節數偏移量*/                                                        
}   BITMAPFILEHEADER;

位圖信息頭主要包括

   typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { 
      DWORD  biSize;       /* 說明結構體所需字節數 */
      LONG  biWidth;   /* 以像素爲單位說明圖像的寬度 */
      LONG  biHeight;  /* 以像素爲單位說明圖像的高速 */
      WORD  biPlanes;   /* 說明位面數，必須爲1 */
      WORD  biBitCount;  /* 說明位數/像素，1、2、4、8、24 */
      DWORD  biCompression;  /* 說明圖像是否壓縮及壓縮類型               BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS */
      DWORD  biSizeImage;    /*  以字節爲單位說明圖像大小 ，必須是4的整數倍*/
      LONG  biXPelsPerMeter;    /*  目標設備的水平分辨率，像素/米 */
      LONG  biYPelsPerMeter;    /*目標設備的垂直分辨率，像素/米 */
      DWORD  biClrUsed;    /* 說明圖像實際用到的顏色數，如果爲0，則顏色數爲2的biBitCount次方*/                                                     
      DWORD  biClrImportant;  /*說明對圖像顯示有重要影響的顏色         
                                   索引的數目，如果是0，表示都重要。*/
}  BITMAPINFOHEADER;

調色板爲一個數組，數組的長度與主要包括biClrUsed和biBitCount有關，代表圖像實際的顏色種類，真彩色（24bit）沒有調色板，它主要包括

typedef struct tagRGBQUAD { 
       BYTE    rgbBlue;           /*指定藍色分量*/
       BYTE    rgbGreen;        /*指定綠色分量*/
       BYTE    rgbRed;            /*指定紅色分量*/
       BYTE    rgbReserved;   /*保留，指定爲0*/
}  RGBQUAD;

以24bit爲例，以二進制方式打開文件爲

它採用大尾字節序，故42 4d 實際爲4d 42表示文件類型爲bmp，42之後14字節爲文件頭；28之後40字節爲文件信息頭；真彩色無調色板，文件信息頭結束之後爲實際數據。
（2）轉換步驟
1.讀取rgb數據。在bmp文件中不同像素位數的文件rgb的存貯方式不一樣，在24bit，32bit中無調色板，直接讀取rgb數據；8bit中每一個字節表示一組rgb值，數值爲調色板的索引值，需根據索引值轉化爲實際的rgb值；1bit時一個字節存貯8組rgb值，2bit一個字節4組，4bit一個字節2組，轉化爲rgb值方法與8bit相同。
2.調用rgb2yuv函數，轉化爲yuv數據。
3.將yuv數據寫到文件中，生成yuv文件。
（3）關鍵代碼分析
//32bit

for(i=0;i<info_h.biHeight*info_h.biWidth*info_h.biBitCount/8;i +=4) //最高一位爲alpha通道值，沒有用到
        {
            *rgbDataOut = data[i];
            *(rgbDataOut+1) = data[i+1];
            *(rgbDataOut+2) = data[i+2];
            rgbDataOut +=3;
        }

//24bit

memcpy(rgbDataOut,data,info_h.biHeight*info_h.biWidth*3);//直接定位到實際數據，拷貝

//1-8bit

RGBQUAD *pRGB = (RGBQUAD *)malloc(sizeof(RGBQUAD)*(int)pow(2.0,info_h.biBitCount));//分配調色板空間
        if(!(MakePalette(pFile,file_h,info_h,pRGB))) //讀取出調色板，如果沒有調色板返回false
        {
            printf("No palette\n");
        }
        int index,mask;
        for(i=0;i<info_h.biHeight*info_h.biWidth*info_h.biBitCount/8;i++)
        {
            //printf("%4d%",data[i]);
            int shiftCnt=1;
            switch(info_h.biBitCount)
            {
            case 1:
                mask=0x80; //1000 00000
                break;
            case 2:
                mask=0xc0; //1100 0000
                break;
            case 4:
                mask=0xf0; //1111 0000
                break;
            default:
                mask=0xff; //1111 1111
                break;
            }
            while(mask)
            {
                unsigned char index=(mask==0xff?data[i]:((data[i] & mask)>>(8-shiftCnt*info_h.biBitCount))); //與操作得到對應位數的值，再通過移位轉到低位
                *(rgbDataOut)=pRGB[index].rgbBlue;
                *(rgbDataOut+1)=pRGB[index].rgbGreen;
                *(rgbDataOut+2)=pRGB[index].rgbRed;
                shiftCnt++;
                rgbDataOut+=3;
                if(info_h.biBitCount== 8)//8bit不需要再次移位，將mask置爲0退出while循環
                    mask=0;
                else mask>>=info_h.biBitCount;
            }
        }
        if(pRGB) free(pRGB);

//讀調色板

bool MakePalette(FILE * pFile,BITMAPFILEHEADER &file_h,BITMAPINFOHEADER & info_h,RGBQUAD *pRGB_out)
{
    if ((file_h.bfOffBits - sizeof(BITMAPFILEHEADER) - info_h.biSize) == sizeof(RGBQUAD)*pow(2.0,info_h.biBitCount))//如果文件頭和文件信息頭的長度加上調色板的長度等於文件開始到實際數據的偏移量，說明有調色板存在
    {
        fseek(pFile,sizeof(BITMAPFILEHEADER)+info_h.biSize,0);//文件指針定位到調色板位置
        fread(pRGB_out,sizeof(RGBQUAD),(unsigned int)pow(2.0,info_h.biBitCount),pFile);
        return true;
    }else
        return false;
}

（4）實驗結果

bmp源文件

yuv文件
（5）結論
一個自包含的文件在文件內容中就已經給出了對它進行操作所需的信息，在運用中要根據文件格式去把需要的信息解析出來，再進行相關處理。
（6）完整代碼
//readrgb.cpp

void Readrgb(FILE* pFile,BITMAPFILEHEADER & file_h,BITMAPINFOHEADER & info_h,unsigned char * rgbDataOut)
{
    unsigned char* data=(unsigned char*)malloc(info_h.biHeight*info_h.biWidth*info_h.biBitCount/8);
    fseek(pFile,file_h.bfOffBits,0);
    fread(data,1,info_h.biHeight*info_h.biWidth*info_h.biBitCount/8,pFile);
    int i;
    switch(info_h.biBitCount)
    {
    case 32://最高位爲alpha通道，不用保存
        for(i=0;i<info_h.biHeight*info_h.biWidth*info_h.biBitCount/8;i +=4)
        {
            *rgbDataOut = data[i];
            *(rgbDataOut+1) = data[i+1];
            *(rgbDataOut+2) = data[i+2];
            rgbDataOut +=3;
        }
        break;
    case 24://24bit
        memcpy(rgbDataOut,data,info_h.biHeight*info_h.biWidth*3);
        break;
    case 16://16bit 555
        if(info_h.biCompression == BI_RGB)
        {
            for (i = 0;i < info_h.biHeight*info_h.biWidth*info_h.biBitCount/8;i +=2)
            {
                *rgbDataOut = (data[i]&0x1F)<<3;
                *(rgbDataOut + 1) = ((data[i]&0xE0)>>2) + ((data[i+1]&0x03)<<6);
                *(rgbDataOut + 2) = (data[i+1]&0x7C)<<1;
                rgbDataOut +=3;
            }
        }
        break;
    default://1-8bit
        RGBQUAD *pRGB = (RGBQUAD *)malloc(sizeof(RGBQUAD)*(int)pow(2.0,info_h.biBitCount));
        if(!(MakePalette(pFile,file_h,info_h,pRGB)))
        {
            printf("No palette\n");
        }
        int index,mask;
        for(i=0;i<info_h.biHeight*info_h.biWidth*info_h.biBitCount/8;i++)
        {
            //printf("%4d%",data[i]);
            int shiftCnt=1;
            switch(info_h.biBitCount)
            {
            case 1:
                mask=0x80; //1000 00000
                break;
            case 2:
                mask=0xc0; //1100 0000
                break;
            case 4:
                mask=0xf0; //1111 0000
                break;
            default:
                mask=0xff; //1111 1111
                break;
            }
            while(mask)
            {
                unsigned char index=(mask==0xff?data[i]:((data[i] & mask)>>(8-shiftCnt*info_h.biBitCount)));
                *(rgbDataOut)=pRGB[index].rgbBlue;
                *(rgbDataOut+1)=pRGB[index].rgbGreen;
                *(rgbDataOut+2)=pRGB[index].rgbRed;
                shiftCnt++;
                rgbDataOut+=3;
                if(info_h.biBitCount== 8) 
                    mask=0;
                else mask>>=info_h.biBitCount;
            }
        }
        if(pRGB) free(pRGB);
        break;
    }
    if(data) free(data);
}