在 C++ 中读取单色位图需要每隔一行读取一次吗？

Question

首先，这不是重复的。我已经阅读了Converting 1-bit bmp file to array in C/C++，我的问题是关于我在提供给我的公式中看到的不一致。

问题

我正在尝试读取在 MS Paint 中创建的 1 位位图图像。我使用了本网站上其他答案提供的代码，但我必须更改一些内容才能使其正常工作，我想了解原因，

变化1：lineSize必须加倍

原创

int lineSize = (w / 8 + (w / 8) % 4);

我的：

int lineSize = (w/ 8 + (w / 8) % 4) * 2;

更改 2：必须颠倒字节顺序

原文：

for(k = 0 ; k < 8 ; k++)
    ... (data[fpos] >> k ) & 1;

我的：

for (int k = 7; k >= 0; --k) {
    ... (data[rawPos] >> k) & 1;

完整代码

注意：此代码有效。与原作有一些变化，但核心读取部分是一样的。

vector<vector<int>> getBlackAndWhiteBmp(string filename) {
    BmpHeader head;
    ifstream f(filename, ios::binary);

    if (!f) {
        throw "Invalid file given";
    }

    int headSize = sizeof(BmpHeader);
    f.read((char*)&head, headSize);

    if (head.bitsPerPixel != 1) {
        f.close();
        throw "Invalid bitmap loaded";
    }

    int height = head.height;
    int width = head.width;
    
    // Lines are aligned on a 4-byte boundary
    int lineSize = (width / 8 + (width / 8) % 4) * 2;
    int fileSize = lineSize * height;

    vector<unsigned char> rawFile(fileSize);
    vector<vector<int>> img(head.height, vector<int>(width, -1));

    // Skip to where the actual image data is
    f.seekg(head.offset);

    // Read in all of the file
    f.read((char*)&rawFile[0], fileSize);

    // Decode the actual boolean values of the pixesl
    int row;
    int reverseRow; // Because bitmaps are stored bottom to top for some reason
    int columnByte;
    int columnBit;

    for (row = 0, reverseRow = height - 1; row < height; ++row, --reverseRow) {
        columnBit = 0;
        for (columnByte = 0; columnByte < ceil((width / 8.0)); ++columnByte) {
            int rawPos = (row * lineSize) + columnByte;

            for (int k = 7; k >= 0 && columnBit < width; --k, ++columnBit) {
                img[reverseRow][columnBit] = (rawFile[rawPos] >> k) & 1;
            }
        }
    }

    f.close();
    return img;
}

#pragma pack(1)
struct BmpHeader {
    char magic[2];          // 0-1
    uint32_t fileSize;      // 2-5
    uint32_t reserved;      // 6-9
    uint32_t offset;        // 10-13
    uint32_t headerSize;    // 14-17
    uint32_t width;         // 18-21
    uint32_t height;        // 22-25
    uint16_t bitsPerPixel;  // 26-27
    uint16_t bitDepth;      // 28-29
};
#pragma pack()

可能相关的信息：

• 我使用的是 Visual Studio 2017
• 我正在为 C++14 编译
• 我使用的是 Windows 10 操作系统

谢谢。

Answer 1

这两个线条大小公式都不正确。

例如，对于w = 1，(w / 8 + (w / 8) % 4) 的结果为零。如果乘以 2，它仍然是零。宽度 = 1 时预计为 4。

行大小（或每行字节数）的正确公式是

((w * bpp + 31) / 32) * 4 其中bpp 是每像素位数，在本例中为1。

巧合的是，对于一些较小的宽度值，这些值有时是相同的。

另见 MSDN example:

DWORD dwBmpSize = ((bmpScreen.bmWidth * bi.biBitCount + 31) / 32) * 4 * bmpScreen.bmHeight;

此外，1 位图像有 2 个调色板条目，共 8 个字节。似乎您总是忽略调色板并假设 0 是黑色，1 是白色。

你翻转位的部分是正确的，其他代码似乎不正确。

假设我们有一个单字节 1000 0000 这意味着是单行，从 7 个零开始，以 1 结尾。

您的代码对我来说有点令人困惑（但当您修复 linesize 时似乎还可以）。我写了自己的版本：

void test(string filename)
{
    BmpHeader head;
    ifstream f(filename, ios::binary);
    if(!f.good())
        return;

    int headsize = sizeof(BmpHeader);
    f.read((char*)&head, headsize);

    if(head.bitsPerPixel != 1) 
    {
        f.close();
        throw "Invalid bitmap loaded";
    }

    int height = head.height;
    int width = head.width;

    int bpp = 1;
    int linesize = ((width * bpp + 31) / 32) * 4;
    int filesize = linesize * height;

    vector<unsigned char> data(filesize);

    //read color table
    uint32_t color0;
    uint32_t color1;
    uint32_t colortable[2];
    f.seekg(54);
    f.read((char*)&colortable[0], 4);
    f.read((char*)&colortable[1], 4);
    printf("colortable: 0x%06X 0x%06X\n", colortable[0], colortable[1]);

    f.seekg(head.offset);
    f.read((char*)&data[0], filesize);

    for(int y = height - 1; y >= 0; y--)
    {
        for(int x = 0; x < width; x++)
        {
            int pos = y * linesize + x / 8;
            int bit = 1 << (7 - x % 8);
            int v = (data[pos] & bit) > 0;
            printf("%d", v);
        }
        printf("\n");
    }

    f.close();
}

---

测试图片：

（33 x 20 单色位图）

---

输出：

colortable: 0x000000 0xFFFFFF
000000000000000000000000000000000
000001111111111111111111111111110
000001111111111111111111111111110
000001111111111111111111111111110
000001111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111111110
011111111111111111111111111110010
011111111111111111111111111110010
011111111111111111111111111111110
000000000000000000000000000000000

注意上面代码中的这一行：

int pos = y * linesize + x / 8;
int bit = 1 << (7 - x % 8);
int v = (data[pos] & bit) > 0;
printf("%d", v);

首先我把它写成

int bit = 1 << (x % 8);

但这显示位的顺序错误，所以我不得不更改为1 << (7 - x % 8)，这基本上也是你所做的。我不知道为什么它是这样设计的。一定有一些历史原因！

（以上代码仅适用于小端机器）