[Image_Codec]常见图片格式的封装及编解码-Andro

作者: 夕月风 | 来源:发表于2018-04-27 10:36 被阅读0次

[TOC]

概述

图片格式是计算机存储图片的格式，是图片在计算机中存放的样式。常见的存储的格式有很多，有不同的编码格式和封装方式，实用与各个平台和各种需求。

bmp jpg png tiff gif pcx tga exif fpx svg psd cdr pcd dxf ufo eps ai raw WMF ...

我们这里只介绍里面最常见的几种：

 bmp jpg png gif

我们采用4x2的一张图片进行介绍。这里的放大版本，4x2的图片很小，看不见，这个是放大很多倍的样图。另外，介绍时，我们默认都是采用32bit的，也就是默认的ARGB32。

图片样例

这些图片格式网络上有很多介绍的，大家也可以参考，下面我们分别来看看，我们的样例代码都是基于Android平台，但是很多都是以native的方式提供。

BMP图片格式

BMP也就是位图Bitmap，Windows标准格式图形文件，是一种与硬件设备无关的非压缩的图像文件格式，也就是采用位映射存储格式，不进行压缩，仅可以选择图像深度。所以，BMP文件所占用的空间很大，不适合网络等传输。BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。

Bitmap文件结构

下面是Wiki上Bitmap文件的的相关信息：

属性	属性值
Filename extension	.bmp, .dib
Internet media type	image/bmp, image/x-bmp
Type code	'BMP', 'BMPf', 'BMPp'
Uniform Type Identifier (UTI)	com.microsoft.bmp
Developed by	Microsoft Corporation
Type of format	Raster graphics
Open format?	OSP for WMF

BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。典型的BMP图像文件由三部分组成：位图文件头数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息；像素点阵，也就是图片的具体数据。Bitap的文件结构可以参考Wiki百科的BMPfileFormat，文件格式描述如下图（此图来自wikipedia）：

Bitmap文件格式

其中，Bitmap file header，DIB header和Pixel array三部分是必须的。我们以一个4x2的32bit的Bitmap加以说明：

[图片上传失败...(image-f47dcf-1524794608583)]

图片非常小，前面的样图的放大后的版本，放大后的如下：

图片样例

我们用二进制将图片打开

vim -b bitmap_4x2_32bit.bmp

用:%!xxd转换为16进制

00000000: 424d 5600 0000 0000 0000 3600 0000 2800  BMV.......6...(.
00000010: 0000 0400 0000 0200 0000 0100 2000 0000  ............ ...
00000020: 0000 2000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  .. .............
00000030: 0000 0000 0000 ffff ff7f 00ff 007f 0000  ................
00000040: ff7f ff00 007f 0000 0000 0000 ff00 ff00  ................
00000050: 0000 00ff 0000                           ......

这是一张4x2 32位的bmp图片，包括Alpha通道，像素格式为ARGB32。32Bit，那么一个像素点就是32位，4字节；4x2大小，就4x2x4就是32字节。我们具体来看里面包含的信息。

第一部分 BMP的头（BMP Header）

00000000: 424d 5600 0000 0000 0000 3600 0000

偏移量Offset	大小Size(字节)	十六进制值Hex Value	值Value	描述Description
0h	2	`424d`	BM	BMP的ID（42，4d）
2h	4	`5600 0000`	0x56字节（头54+像素32=86字节）	BMP文件的大小
6h	2	`0000`	没有用到	应用指定的
8h	2	`0000`	没有用到	应用指定的
Ah	4	`3600 0000`	0x36字节（14+40）	Bitmap数据的起始位置

BMP的头大小为14字节。而下一部分要说道的DIB Header为40字节，所以像素的位置为0x36字节（14+40）。

第二部分 DIB Header

00000000: ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 2800  BMV.......6...(.
00000010: 0000 0400 0000 0200 0000 0100 2000 0000  ............ ...
00000020: 0000 2000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  .. .............
00000030: 0000 0000 0000

偏移量Offset	大小Size(字节)	十六进制值Hex Value	值Value	描述Description
Eh	4	`2800 0000`	0x28字节	DIB Header的大小
12h	4	`0400 0000`	4 pixels	Bitmap的宽，宽高是用是像素表的
16h	4	`0200 0000`	2 pixels	Bitmap的高
1Ah	2	`0100`	1 plane	会用到是颜色板数量
1Ch	2	`2000`	32 bits	每个像素点占的bit位
1Eh	4	`0000 0000`	0	BI_RGB, 没有像素被压缩
22h	4	`2000 0000`	32字节	Bitmap raw数据的大小，包括对齐的部分
26h	4	`0000 0000`	0 pixels/metre horizontal	打印信息没有指定
2Ah	4	`0000 0000`	0 pixels/metre vertical	打印信息没有指定
2Eh	4	`0000 0000`	0 colors	调色板数量
32h	4	`0000 0000`	0 important colors	0表示所有color都重要

第三部分像素点数据 Pixels

00000030: ---- ---- ---- ffff ff7f 00ff 007f 0000  ................
00000040: ff7f ff00 007f 0000 0000 0000 ff00 ff00  ................
00000050: 0000 00ff 0000                           ......

偏移量Offset	大小Size(字节)	十六进制值Hex Value	值Value	描述Description
36h	4	`ffff ff7f`	255 255 255 127	白色Alpha为7f，ARGB32，采用小端模式
3Ah	4	`00ff 007f`	0 255 0 127	绿色Alpha为7f，Bitmap扫描采用从做到右，下到上
3Eh	4	`0000 ff7f`	0 0 255 127	红色Alpha为7f，从左到右BGRA
42h	4	`ff00 007f`	255 0 0 127	蓝色Alpha为7f
46h	4	`0000 0000`	0 0 0 0	黑色Alpha为0
4Ah	4	`0000 ff00`	0 0 255 0	红色Alpha为0
4Eh	4	`ff00 0000`	255 0 0 0	蓝色Alpha为0
52h	4	`00ff 0000`	0 255 0 0	绿色Alpha为0

以上就是BMP的文件封装的简单介绍。

试想一下，如果是一张2x2 24bit的BMP图片会是什么样的呢？参照前面的描述。需要变的有一下几个地方：
每像素的位数：24, 0x18；3字节
尺寸：2x2 0x02
Pixel的大小：2x2x3 12字节，0x0c
文件的大小：54 + 12 66字，0x42
Pixels的值，就黑白，白黑的矩阵吧：

ffff ff 0000 00
000 00 ffff ff

修改文件吧～

00000000: 424d 4200 0000 0000 0000 3600 0000 2800  BMV.......6...(.
00000010: 0000 0200 0000 0200 0000 0100 1800 0000  ............ ...
00000020: 0000 0c00 0000 0000 0000 0000 0000 0000  .. .............
00000030: 0000 0000 0000 ffff ff00 0000 0000 00ff  ................
00000040: ffff                                     ................

用:%!xxd -r转成二进制，:wq保存退出。打开我们编辑后的图片，看看是什么样的？

打不开吧？Why？

这是因为，宽需要做一个8字节的对齐，我们来看对齐后，应该是什么样的。

原来是2x3,6字节，对齐后应该是8字节。pixel的大小是不变为16字节了，0x10；文件大小为0x46，像素矩阵为：

ffff ff00 0000 0000
000 00ff ffff 0000

后面的0000的补齐的，不是bitmap的数据，修改文件吧～

再打开bitmap文件试试，可以打开吧！只是2x2的图片实在太小了，很难看见，下面是放大后的效果：

2x2 RGB24的BMP图片

Bitmap文件解析

Bitmap中的像素点数据Pixels是没有经过压缩的，我们读出来后就是图片的数据值，所以没有解压一说。但是需要我们从一个Bitmap文件中，将需要的信息获取出来。我们勉强也把这个过程称为解压吧！

样例代码请参考github Codec-BitmapCodec

我们的样例的代码是用Java实现的，很简单，只包括我们前面介绍的Bitmap文件必现的信息。

public class BitmapFile {
    String fileName;

    byte type[];
    byte data[];

    byte pixels[];
    byte outPixels[];

    BitmapFileHeader fileHeader;

    BitmapDibHeader dibHeader;

定义BitmapFile类来描述一个Bitmap文件，type是类型，Bitmap的type为42 4d；data Bitmap读出来的所有数据。文件头，用类BitmapFileHeader进行描述；Dib头用BitmapDibHeader进行描述。pixels 从Bitmap文件中读出来的像素点，outPixels是准备写到Bitmap文件中的像素点。

BitmapFileHeader定义如下：

public class BitmapFileHeader {
    int     fileSize;
    short   reserved1;
    short   reserved2;
    int     pixelsOffset;
}

BitmapDibHeader定义如下：

public class BitmapDibHeader {
    int     dibSize;
    int     width;
    int     height;
    short   planes;
    short   bitPerPixel;
    int     compressed;
    int     pixelSize;
    int     xPixelsPerMeter;
    int     yPixelsPerMeter;
    int     clrUsed;
    int     clrImportant;
    int     bytePerPixel;
}

bytePerPixel是加的，每个像素占多少个字节。

解析Bitmap文件的时候，直接读取文件中的数据，将文件中的数据按照封装读出来。

    public boolean readBitmap() throws Exception {
        DataReader reader = new DataReader();
        reader.readFromFile(fileName);

        type = reader.readType();

        fileHeader.fileSize = reader.readInt();
        fileHeader.reserved1 = reader.readShort();
        fileHeader.reserved2 = reader.readShort();
        fileHeader.pixelsOffset = reader.readInt();

        dibHeader.dibSize = reader.readInt();
        dibHeader.width = reader.readInt();
        dibHeader.height = reader.readInt();
        dibHeader.planes = reader.readShort();
        dibHeader.bitPerPixel = reader.readShort();
        dibHeader.compressed = reader.readInt();
        dibHeader.pixelSize = reader.readInt();
        dibHeader.xPixelsPerMeter = reader.readInt();
        dibHeader.yPixelsPerMeter = reader.readInt();
        dibHeader.clrUsed = reader.readInt();
        dibHeader.clrImportant = reader.readInt();

        data = reader.readBytesFrom(0);

        pixels = reader.readBytesFrom(fileHeader.pixelsOffset);

        return true;
    }

将我们前面自己编辑的bitmap_2x2_24bit.bmp文件读出来看看：

    Bitmap Info 
    type:424d
    fileSize:0x46
    reserved1:0x0
    reserved2:0x0
    pixelsOffset:0x36
    dibSize:0x28
    width:0x2
    height:0x2
    planes:0x1
    bitPerPixel:0x18
    compressed:0x0
    pixelSize:0x10
    xPixelsPerMeter:0x0
    yPixelsPerMeter:0x0
    clrUsed:0x0
    clrImportant:0x0
    pixels:ffffff0000000000000000ffffff0000

我们解析出来的信息是对的。

Bitmap文件封装

我们将前面的bitmap_2x2_24bit.bmp扩展为32bit，也就是加上Alpha通道；放大100倍（w，h都放大10倍）后，再保存为Bitmap文件。

    private void buildBitmapAndSave() {
        BitmapFile bmpFile  = new BitmapFile();

        BitmapDibHeader dibHeader = new BitmapDibHeader();
        dibHeader.dibSize = 0x28;
        dibHeader.width = 20;
        dibHeader.height = 20;
        dibHeader.planes = 1;
        dibHeader.bitPerPixel = 32;
        dibHeader.bytePerPixel = 4;
        dibHeader.pixelSize = dibHeader.width * dibHeader.height * dibHeader.bytePerPixel;

        bmpFile.setDibHeader(dibHeader);

        BitmapFileHeader fileHeader = new BitmapFileHeader();
        fileHeader.fileSize = 0x36 + dibHeader.pixelSize;
        fileHeader.pixelsOffset = 0x36;
        fileHeader.reserved1 = Utils.char2short(new char[]{'T', 'S'});
        fileHeader.reserved2 = Utils.char2short(new char[]{'C', 'J'});

        bmpFile.setFileHeader(fileHeader);

        // raw data 20x20x4,already 8bit align.
        byte[] pixels = new byte[]{
             ... ...
        };

        bmpFile.setOutPixels(pixels);

        try {
            String fileName = "/sdcard/bitmap_20_20_32bit.bmp";
            int size = bmpFile.saveBitmap(fileName);
            MyLog.d("buildBitmapAndSave " + size + " bytes to " + fileName);
        } catch (Exception e) {
            MyLog.e("buildBitmapAndSave fail " + e.toString());
        }
    }

一个像素点4个byte，pixels总共20x20x4,1600个byte。量比较大，我们就不列出来了。红色我们用的0000 ff00，ff是Alpha值，绿色就是00ff 0000，不透明。直接给个图吧 bitmap_20x20_32bit.bmp

20x20 ARGB32的Bitmap图片(bmp上传不了，转为了jpg)

Bitmap接介绍到这里，实例代码可以高github里面去下载哦～

Codec-BitmapCodec

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