BMPファイルフォーマット（簡易版）

ファイルヘッダ

早速Windowsビットマップについて説明していくのだが、 このファイルヘッダに関してだけはどのバリエーションでも共通になっている。 MicrosoftのMSDNドキュメント BITMAPFILEHEADER structure に解説が書かれているが、以下のようになっている。

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
  WORD  bfType;
  DWORD bfSize;
  WORD  bfReserved1;
  WORD  bfReserved2;
  DWORD bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;

WindowsSDKなどに不慣れな人はWORDDWORDってなんだ？と思うことだろう。 これも、MSDNの Windows Data Types などに説明がある。Windowsに関わるプログラミングを行う場合、ひと通り見ておいたほうがいいだろう。 要するに、ビット長を固定にしたり、符号の有無を含めてtypedef定義された型である。 今回必要な物、関連しそうなものをピックアップすると以下の４種類だろう。

BYTE

符号なし8bit整数

WORD

符号なし16bit整数

LONG

符号あり32bit整数

DWORD

符号なし32bit整数

公式のドキュメントを読むための前知識としてWindows特有の型名で説明したが、 以降はstdint.hで定義された型を利用し、自前で定義する構造体を使って説明していく。 構造体名やメンバー名の命名規則は他の部分と相容れない形になってしまっているが、 ここを下手に合わせてしまうと、元の構造体からかけ離れてしまうため、あえてそのままとしている。 BITMAPFILEHEADERを書き直したのが以下だ。

typedef struct BITMAPFILEHEADER {
  uint16_t bfType;      /**< ファイルタイプ、必ず"BM" */
  uint32_t bfSize;      /**< ファイルサイズ */
  uint16_t bfReserved1; /**< リザーブ */
  uint16_t bfReserved2; /**< リサーブ */
  uint32_t bfOffBits;   /**< 先頭から画像情報までのオフセット */
} BITMAPFILEHEADER;

それぞれの意味はすでにコメントで書いてしまっているが、構造体のメンバーを順に説明する。

bfType

BMP形式を識別するマジックナンバー。 必ず"BM"の文字コードが入ることになっている。 2文字まとめて、2byte整数として表現されている。 B=0x42、M=0x4Dであるため、 リトルエンディアンの環境であれば0x4D42が格納される。

bfSize

ファイル全体のサイズ

bfReserved1 / bfReserved2

将来の拡張のための予約領域で、 出力する際は0を入れ、入力の際は無視することになっている。

bfOffBits

画像情報までの（ファイルの先頭からの）オフセットバイト数を格納する。 メンバー名はBitsだが、バイト数であることに注意。 このファイルヘッダ構造体14byteと、続く情報ヘッダ、（あれば）カラーパレットのサイズを合わせた大きさが格納される。 今回説明するWindowsビットマップの非圧縮形式であれば54が格納されているはずである。

以上がファイルヘッダのメンバーの説明だが、ファイルヘッダにはほぼ画像としての情報はないに等しい。 この次に画像としての情報が入ったヘッダがあるのだが、 bfOffBitsというメンバがあることから推測できると思うが、 その画像情報ヘッダの大きさを拡張できるような構成になっている。

struct a {
  uint16_t a;
  uint32_t b;
};

情報ヘッダ

情報ヘッダとして、画像としての情報が格納されたヘッダがある。 ここの構造体がOS/2ビットマップとWindowsビットマップ、またそれ以降の拡張ビットマップ形式で違いがある部分だ。 Windowsビットマップでは以下の様な構造になっている。MSDNでは BITMAPINFOHEADER structure に説明がある。

typedef struct BITMAPINFOHEADER {
  uint32_t biSize;         /**< この構造体のサイズ */
  int32_t biWidth;         /**< 画像の幅 */
  int32_t biHeight;        /**< 画像の高さ */
  uint16_t biPlanes;       /**< 画像の枚数、通常1 */
  uint16_t biBitCount;     /**< 一色のビット数 */
  uint32_t biCompression;  /**< 圧縮形式 */
  uint32_t biSizeImage;    /**< 画像領域のサイズ */
  int32_t biXPelsPerMeter; /**< 画像の横方向解像度情報 */
  int32_t biYPelsPerMeter; /**< 画像の縦方向解像度情報*/
  uint32_t biClrUsed;      /**< カラーパレットのうち実際に使っている色の個数 */
  uint32_t biClrImportant; /**< カラーパレットのうち重要な色の数 */
} BITMAPINFOHEADER;

例によってコメントでほぼ書いてしまっているが順に説明していく。

biSize

このヘッダのサイズ、この構造体が採用されているのであれば40が格納される。

biWidth

画像の幅、符号付き整数だが、負の値は不正な値である

biHeight

画像の高さ、符号付き整数で、負の値の場合はトップダウン形式といって、画素の格納順が上から下であることを示す。 ただし、この方式は互換性の観点から非推奨とされる。

biPlanes

画像の枚数で通常は1が格納される。

biBitCount

１画素あたりのビット数、今回の非圧縮方式であれば24が格納される。

biCompression

圧縮形式、というか画素情報の格納方式を表す。今回扱う非圧縮方式であればRGB値を表す0が格納される。

biSizeImage

画像情報のサイズ

biXPelsPerMeter

x軸方向の解像度、1mあたりのピクセル数で表現する。解像度を扱わない場合は0でも問題ない。

biYPelsPerMeter

y軸方向の解像度、1mあたりのピクセル数で表現する。解像度を扱わない場合は0でも問題ない。

biClrUsed

カラーパレットの数を表す。今回の方式では0である。

biClrImportant

カラーパレットのうち重要な色の数を表す。0の場合はbiClrUsedと同じ値であることを示す。

パラメータの数は多いが、今回説明する範囲に限定した場合、固定値でよいパラメータが殆どになる。 書き出す場合は固定値を何も考えずに入れればいいし、 読み込む際は値のチェックを行い、ここで示した値以外であれば対応外のフォーマットであるのでエラーにする必要がある。

画像情報

画像情報についても24bitフルカラーに限定すればシンプルなのだが、いくつか癖がある。

ひとつは、最初から何度か説明しているが、画素の格納順が下から上になっている点。 ファイルを逆方向から走査するのは効率が悪いので、順次読み込みつつ、 格納先の下から格納していくことになるだろう。

もう一つは、各画素のRGB値の格納順がBGRの順序になっている点。 これだけ聞くと、通常と逆の順序になっているのだが、 BGRと読み込んでリトルエンディアンの一つの整数に代入したとすれば上位桁からRGBとなる。 （例えば、B=0xaa,G=0xbb,R=0xccであれば、リトルエンディアンで解釈すると0xccbbaaになり、上位桁からRGBの順序になる）

もう一つ、一行のデータサイズを4の整数倍に整える必要がある点。 １画素が3byteなのでデータサイズは3の整数倍になり、横のピクセル数が4の倍数でなければ必ず端が出てくる。 画素情報だけで4の倍数にならない場合は4の倍数になる数だけ詰め物（パディング）が必要となる。

以上のルールにしたがって読み書きを行う必要がある。