Bitmapファイルフォーマット

BitmapはWindowsでの標準的な画像フォーマットです。
Bitmapフォーマットは、DIB(Device Independent Bitmap)にヘッダを付けた形式になっていて、ヘッダの種類によって、Windows、OS/2の２種類に分けられます。

Bitmapファイルの大まかな構造は次のようになります。

構造のそれぞれについて、以下で解説します。

ファイルヘッダ (Bitmap File Header)

• ファイルタイプ'BM'はWindowsでは共通です。
• ファイルヘッダは14byte固定です。最初の2byteが'BM'かどうかで、Bitmapファイルを識別します。
• bfOffBitsは、「画像データ」までのオフセット。パレットデータまでのオフセットではない。
• bfType以外のデータはリトルエンディアン、つまり後ろのバイトデータの方が上位にある形式で記録されます。

情報ヘッダ (Bitmap Information Header)

• データはリトルエンディアン、つまり後ろのバイトデータの方が上位にある形式で記録されます。
• 情報ヘッダには何種類かあるが、最初の4byteに「情報ヘッダサイズ」があるので、この値で区別する。
  • '40' - Windowsフォーマット(BITMAPINFOHEADER)
  • '12' - OS/2フォーマット(BITMAPCOREHEADER)
  • 他にも、'BITMAPV4HEADER'(Windows95)や、'BITMAPV5HEAER'(Windows98/2000)があります。
    これらは、色情報の付加や、圧縮コードにJPEGが追加されるなどされています。
• 「画像の高さ」は符号付きの値である。ただし、負数は一般的でない。
  • 正数 - ボトムアップ（左下から右上）の順に、画像データは記録される。
  • 負数 - トップダウン（左上から右下）の順に、画像データは記録される。
• 「色ビット数」
  • 1 - 2 色ビットマップ
  • 4 - 16 色ビットマップ
  • 8 - 256 色ビットマップ
  • (16 - 65536色(high color)ビットマップ 正式に対応していない)
  • 24 - 1677万色(true color)ビットマップ
  • 32 - 1677万色(true color)ビットマップ
• 「圧縮形式」
  「圧縮形式」が0以外の値の場合には、「画像データサイズ」を0にすることはできない。
  
  • 0 - BI_RGB（無圧縮）
  • 1 - BI_RLE8（Run-Length-Encoded 8bits/pixel）
  • 2 - BI_RLE4（Run-Length-Encoded 4bits/pixel）
  • 3 - BI_BITFIELDS
• 「解像度」は96dpiのとき、3780となる。
• 「色ビット数」が1,4,8の場合には、「格納パレット数」に実際に使用されているカラーパレットの色数が記録されている。通常'0'に設定しても問題ない。0の場合は、「色ビット数」に相当するものとみなされる。
  • 色ビット数：1　の場合　格納パレット数：2
  • 色ビット数：4　の場合　格納パレット数：16
  • 色ビット数：8　の場合　格納パレット数：256

パレットデータ (Palette Data)

• 「パレットデータ」は「色ビット数」が1,4,8の場合に存在し、「画像データ」にはパレット番号が記録される。
• パレットは使用色数に関わらず、「色ビット数」に応じて、2,16,256個必要です。
• 「色ビット数」が24,32の場合は、「画像データ」には直接、色データが記録される。

画像データ

• 通常画像データは左下から右上に記録されています。つまり、上下が反転しています。
  （「画像の高さ」に負数ならば、左上から右下に記録できるが、一般的ではない。）
  

  例：記録される際のイメージ

  ＜元データ＞ ０ ０ ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ １ １ １ １ １ １ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １	--->	＜画像データ＞ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ １ １ １ １ １ １ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ １ １ ０ ０ ０

• 画像データは行単位で記録され、行データはlong(4byte)の境界に揃えなければいけない。
  揃わない場合は詰物(padding)をする。通常0を入れる。
  （32bitビットマップの場合は、１画素あたり4byteなので、この問題はない。）

  例：１画素1bitとしたとき

  ＜元データ＞ ２ ２ ２ １ ２ ２ ２ ２ ２ １ ２ １ ２ ２ ２ ２ １ ２ １ ２ ２ ２ ２ １ ２ １ ２ ２ ２ １ ２ ２ ２ １ ２ ２ １ １ １ １ １ ２ ２ １ ２ ２ ２ １ ２ １ ２ ２ ２ ２ ２ １	--->	＜画像データ＞ １ ２ ２ ２ ２ ２ １ ０ ２ １ ２ ２ ２ １ ２ ０ ２ １ １ １ １ １ ２ ０ ２ １ ２ ２ ２ １ ２ ０ ２ ２ １ ２ １ ２ ２ ０ ２ ２ １ ２ １ ２ ２ ０ ２ ２ １ ２ １ ２ ２ ０ ２ ２ ２ １ ２ ２ ２ ０

• 画像データのサイズは、（（（（色ビット数 × 画像の幅） + 詰物） × 画像の高さ） ／ 8）となる。
• 色ビット数ごとには次のようになる。
  • 1bitビットマップ
    2個のパレットが必要です。
    １画素あたり1bitで、パレット番号（0,1）が記録される。
    例：パレットが（■■）のとき、画像データ（0x31）=(00110001(2))は８画素分を表現し、＜■■■■■■■■＞となる。
  • 4bitビットマップ
    使用色数に関わらず、16個のパレットが必要です。
    １画素あたり4bitで、パレット番号（0〜15）が記録される。
    例：パレットが（■■■■■■■■■■■■■■■■）のとき、画像データ（0x31）は２画素分を表現し、＜■■＞となる。
  • 8bitビットマップ
    使用色数に関わらず、256個のパレットが必要です。
    １画素あたり8bit(1byte)で、パレット番号（0〜255）が記録される。
    例：画像データ（0x31）のとき49番パレット（50番目）の値が使用される。
  • 24bitビットマップ
    １画素あたり24bit(3byte)で、Blue(8bit)、Green(8bit)、Red(8bit)の順番で色の値が記録される。
    例：画像データ（0x99,0x00,0xFF）のとき■
  • 32bitビットマップ
    １画素あたり32bit(4byte)で、Blue(8bit)、Green(8bit)、Red(8bit)、Resered(8bit)の順番で色の値が記録される。Reseredには'0'が入る。
    例：画像データ（0x99,0x00,0xFF,0x00）のとき■

圧縮形式

BI_RLE8（Run-Length-Encoded 8bits/pixel）

• 「色ビット数」が'8'、256色の圧縮方法。
• 「コード化モード」と「絶対モード」は必要に応じ、混在して使用される。
• 無圧縮データのように4byte境界に揃える必要はないが、各データごとにint(2byte)境界に揃える必要がある。

コード化モード

第１バイト：連続する数（1〜255）
第２バイト：カラーインデックスコード

• 同じカラーインデックスコードが256以上連続しているときは、255単位で切り取る。
• 展開例：（展開後の16進数はパレット番号）
  • 0x04 0xE5 -> 0xE5 0xE5 0xE5 0xE5
  • 0x03 0xC8 -> 0xC8 0xC8 0xC8
  • 0x02 0x9C -> 0x9C 0x9C
  • 0x01 0x2F -> 0x2F

絶対モード

第１バイト：'0'
第２バイト：連続しないデータの数(3〜255)
第３バイト以降：カラーインデックスコード

• 第３バイト以降が奇数バイトの場合、詰物として'0'を入れる。
• 連続しないデータの数が2以下のときは、コード化モードで記録する。（エスケープコードと重なるため）
• 展開例：（展開後の16進数はパレット番号）
  • 0x00 0x03 0x0A 0x11 0xFE 0x00 -> 0x0A 0x11 0xFE
  • 0x00 0x04 0x0A 0x11 0xFE 0x00 -> 0x0A 0x11 0xFE 0x00

データのオフセット

第１バイト：'0'
第２バイト：'2'
第３バイト：水平移動値(-128〜127)
第４バイト：垂直移動値(-128〜127)

• ピクセルのカラーインデックスの'0'が２段以上にわたって存在するとき、座標を移動する。

イメージの終端・行の終端

第１バイト：'0'
第２バイト：'0'or'1'

• イメージの終端の直前の行の終端は省略されることもある。

BI_RLE4（Run-Length-Encoded 4bits/pixel）

• 「色ビット数」が'4'、16色の圧縮方法。
• BI_RLE8と構造は同じであり、当然int(2byte)境界に揃える必要がある。
• コード化モード展開例：（展開後の数字はパレット番号）
  • 0x04 0xE5 -> E 5 E 5
  • 0x03 0xC8 -> C 8 C
  • 0x02 0x9C -> 9 C
  • 0x01 0x20 -> 2
• 絶対モード展開例：（展開後の数字はパレット番号）
  • 0x00 0x03 0x0A 0x10 -> 0 A 1
  • 0x00 0x04 0x0A 0x11 -> 0 A 1 1
  • 0x00 0x06 0x45 0x56 0x67 0x00 -> 4 5 5 6 6 7

Bitfields

• 16,32ビットビットマップに使用されるようだ。
• 使用する際は、「BITMAPINFOHEADER」直後に、RGB順に4*3(=12)byteのビットフィールドマスクが必要。
  例：16bit 5-6-6の場合、(0x0000F800 0x000007E0 0x0000001F)