Windows bitmap

Windows Bitmap („BMP“) oder device-independent bitmap (DIB) ist ein zweidimensionales Rastergrafikformat, das für die Betriebssysteme Microsoft Windows und OS/2 entwickelt und mit Windows 3.0 eingeführt wurde. Die Dateiendung ist .bmp, seltener .dib.

Merkmale

BMPs gibt es in drei verschiedenen Versionen. Die meisten BMP-Dateien liegen in der Version 3 vor; es gibt keine früheren Versionen. Die späteren Versionen 4 und 5 sind höchst selten anzutreffen.

Windows-Bitmaps (der Version 3) erlauben Farbtiefen von 1, 4, 8, 16, 24 oder 32 bpp (wobei bei 16 und 32 bpp nicht alle Bits tatsächlich genutzt werden müssen). Alphakanäle, Farbkorrektur und Metadaten werden nicht unterstützt. Windows-Bitmaps werden entweder unkomprimiert oder verlustfrei mit RLE-Komprimierung (Lauflängenkodierung) gespeichert. Dies ist ein eher schwaches Verfahren, sodass BMP-Dateien wesentlich größer sind als andere Formate wie PNG und kaum für das World Wide Web genutzt werden. Dafür ist das BMP-Format relativ einfach aufgebaut. BMPs sind vor allem im Windows-Umfeld weit verbreitet; gängige Grafiksoftware unterstützt das Format problemlos (mit Ausnahme der eher exotischen Farbtiefen 16 und 32 bpp).

Dateiformat (Version 3)

Dateikopf (BITMAPFILEHEADER)

Informationsblock (BITMAPINFO): Bitmap-Eigenschaften (BITMAPINFOHEADER) Eventuell: Farbmasken Eventuell: Farbtabelle

Eventuell: Ungenutzter Platz

Bilddaten

Eventuell: Ungenutzter Platz

BMP-Dateien bestehen aus drei Teilen: dem Dateikopf, dem Informationsblock und den Bilddaten (siehe Schema rechts).

Im folgenden bezeichnet WORD einen 16-Bit-vorzeichenlosen Integer, DWORD einen 32-Bit-vorzeichenlosen Integer und LONG einen im Zweierkomplement kodierten 32-Bit-Integer. BMP verwendet die Little-Endian-Konvention.

Dateikopf

BITMAPFILEHEADER (Größe: 14 Byte)
Offset (Byte)	Datentyp	Größe	Name	Inhalt
0	WORD	2 Byte	bfType	ASCII-Zeichenkette "BM" (Dezimalwert 19778).
2	DWORD	4 Byte	bfSize	Größe der BMP-Datei in Byte. (unzuverlässig)
6	DWORD	4 Byte	bfReserved	0
10	DWORD	4 Byte	bfOffBits	Offset der Bilddaten in Byte vom Beginn der Datei an.

Informationsblock

Bitmap-Eigenschaften

Der Informationsblock beginnt mit folgender Struktur, die die Bitmap-Eigenschaften enthält:

BITMAPINFOHEADER (Größe: 40 Byte)
Offset (Byte)	Datentyp	Größe	Name	Inhalt
14	DWORD	4 Byte	biSize	40 (Größe der BITMAPINFOHEADER-Struktur in Byte)
18	LONG	4 Byte	biWidth	Breite der Bitmap in Pixel.
22	LONG	4 Byte	biHeight	Der Betrag gibt die Höhe der Bitmap in Pixel an. Ist der Wert positiv, so ist die Bitmap eine sogenannte "bottom-up"-Bitmap (die Bilddaten beginnen mit der untersten und enden mit der obersten Bildzeile). Dies ist die gebräuchlichste Variante. Ist der Wert negativ, so ist die Bitmap eine "top-down"-Bitmap (die Bilddaten beginnen mit der obersten und enden mit der untersten Bildzeile).
26	WORD	2 Byte	biPlanes	1 (Stand in einigen älteren Formaten wie PCX für die Anzahl der Farbebenen, wird aber für BMP nicht verwendet)
28	WORD	2 Byte	biBitCount	Gibt die Farbtiefe der Bitmap in bpp an; muss einer der folgenden Werte sein: 1, 4, 8, 16, 24 oder 32. Bei 1, 4 und 8 bpp sind die Farben indiziert. 16 und 32 bpp sind ungebräuchlich.
30	DWORD	4 Byte	biCompression	Einer der folgenden Werte: 0 (BI_RGB): Bilddaten sind unkomprimiert. 1 (BI_RLE8): Bilddaten sind lauflängenkodiert für 8 bpp. Nur erlaubt wenn biBitCount=8 und biHeight positiv. 2 (BI_RLE4): Bilddaten sind lauflängenkodiert für 4 bpp. Nur erlaubt wenn biBitCount=4 und biHeight positiv. 3 (BI_BITFIELDS): Bilddaten sind unkomprimiert und benutzerdefiniert (mittels Farbmasken) kodiert. Nur erlaubt wenn biBitCount=16 oder 32; ungebräuchlich.
34	DWORD	4 Byte	biSizeImage	Wenn biCompression=BI_RGB: Entweder 0 oder die Größe der Bilddaten in Byte. Ansonsten: Größe der Bilddaten in Byte.
38	LONG	4 Byte	biXPelsPerMeter	Horizontale Auflösung des Zielausgabegerätes in Pixel pro Meter; wird aber für BMP-Dateien meistens auf 0 gesetzt.
42	LONG	4 Byte	biYPelsPerMeter	Vertikale Auflösung des Zielausgabegerätes in Pixel pro Meter; wird aber für BMP-Dateien meistens auf 0 gesetzt.
46	DWORD	4 Byte	biClrUsed	Wenn biBitCount=1: 0. Wenn biBitCount=4 oder 8: die Anzahl der Einträge der Farbtabelle; 0 bedeutet die maximale Anzahl (16 bzw. 256). Ansonsten: Die Anzahl der Einträge der Farbtabelle (0=keine Farbtabelle). Auch wenn sie in diesem Fall nicht notwendig ist, kann dennoch eine für die Farbquantisierung empfohlene Farbtabelle angegeben werden.
50	DWORD	4 Byte	biClrImportant	Wenn biBitCount=1, 4 oder 8: Die Anzahl sämtlicher im Bild verwendeten Farben; 0 bedeutet alle Farben der Farbtabelle. Ansonsten: Wenn eine Farbtabelle vorhanden ist und diese sämtliche im Bild verwendeten Farben enthält: deren Anzahl. Ansonsten: 0.

Farbmasken

Wenn biCompression=BI_BITFIELDS, dann folgen 3 DWORDs, die Bitmasken für die Rot-, Grün- und Blauwerte enthalten. Gesetzte Bits bedeuten, dass in den Daten eines Pixels jenes Bit für den jeweiligen Farbkanal verwendet wird. Dabei müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

• gesetzte Bits müssen direkt nacheinander folgen;
• für 16 bpp müssen sich die gesetzten Bits in den beiden niederwertigen Bytes befinden;
• die Bitmasken der einzelnen Farbkanäle dürfen einander nicht überlappen.

Farbtabelle

• Wenn biClrUsed=0:
  • Wenn biBitCount=1, 4 oder 8: Es folgt eine Farbtabelle mit 2^biBitCount Einträgen.
  • Ansonsten: Es folgt keine Farbtabelle.
• Ansonsten: Es folgt eine Farbtabelle mit biClrUsed Einträgen.

Jeder Eintrag der Farbtabelle ist 4 Byte groß und enthält jeweils ein Byte für den Blau-, Grün- und Rotanteil, sowie ein auf 0 gesetztes Byte (in dieser Reihenfolge!).

Bilddaten

Die Bilddaten beginnen am Offset bfOffBits. Die Größe der Bilddaten beträgt biWidth×biHeight×biBitCount/8 wenn biCompression=BI_RGB, ansonsten biSizeImage.

Die Bilddaten werden Zeile für Zeile gespeichert. Wenn biHeight positiv ist, beginnen die Bilddaten mit der letzten und enden mit der ersten Bildzeile, ansonsten ist es umgekehrt.

Das weitere Format der Bilddaten hängt vom Wert des biCompression-Felds ab:

• BI_BITFIELDS

Jede Bildzeile ist durch rechtsseitiges Auffüllen mit Nullen auf ein ganzzahliges Vielfaches von 4 Bytes ausgerichtet. Das Format der Pixel ist in den Farbmasken definiert. Bei 16 bpp werden nur die beiden niederwertigen Bytes der Farbmasken berücksichtigt.

• BI_RGB

Jede Bildzeile ist durch rechtsseitiges Auffüllen mit Nullen auf ein ganzzahliges Vielfaches von 4 Bytes ausgerichtet.

1, 4 oder 8 bpp:

Die Daten jedes Pixels bestehen aus einem 0-basierten Index auf den Eintrag in der Farbtabelle.

16 bpp:

Das Format ist wie bei BI_BITFIELDS, wenn folgende Farbmasken verwendet würden:

0x00007C00 für den Rot-Kanal

0x000003E0 für den Grün-Kanal

0x0000001F für den Blau-Kanal

Jeder Farbkanal ist 5 Bit pro Pixel groß; insgesamt ergeben sich 32.768 mögliche Farben (ein Bit ist ungenutzt).

24 bpp:

Die Daten jedes Pixels bestehen aus jeweils einem Byte für den Blau-, Grün- und Rot-Kanal (in dieser Reihenfolge!).

32 bpp:

Das Format ist wie bei BI_BITFIELDS, wenn folgende Farbmasken verwendet würden:

0x00FF0000 für den Rot-Kanal

0x0000FF00 für den Grün-Kanal

0x000000FF für den Blau-Kanal

Jeder Farbkanal ist 8 Bit pro Pixel groß; insgesamt ergeben sich 16.777.216 mögliche Farben (8 Bit sind ungenutzt). Einige Programme wie etwa Adobe Photoshop interpretieren die verbleibenden 8 Bits (0xFF000000) als Alphakanal mit 256 möglichen Transparenzstufen. Dies ist jedoch von der Spezifikation nicht vorgesehen.

• BI_RLE8 und BI_RLE4

Jeweils zwei aufeinanderfolgende Bytes bilden einen Datensatz. Hat das erste Byte einen anderen Wert als 0, so wird das zweite Byte so oft (bei BI_RLE4: die nächsten 2 Nibbles insgesamt, Beispiel: 05 67 → 6 7 6 7 6) wiederholt, wie das erste Byte angibt. Hat das erste Byte hingegen den Wert 0, so hängt die Bedeutung vom zweiten Byte ab:

0:	Ende der Bildzeile.
1:	Ende der Bitmap.
2:	Verschiebung der aktuellen Pixelposition. Die beiden nächsten Bytes geben die Verschiebung nach rechts und nach unten an.
n=3-255:	Die folgenden n Bytes (bei BI_RLE4: die folgenden n Nibbles) werden direkt übernommen; der nächste Datensatz findet sich am darauffolgenden geraden Offset (vom Start der Bilddaten aus gezählt).

Das Resultat wird wie im unkomprimierten Fall interpretiert.

Versionen 4 und 5

Microsoft hat mit Windows 95 und Windows 98 neuere Versionen 4 und 5 des BMP-Formates eingeführt, die Alphakanäle und Farbkorrektur ermöglichen und als Containerformat für PNG- und JFIF-Dateien verwendet werden können. Diese neuen Formate sind jedoch nur sehr selten als eigenständige Dateien anzutreffen und werden kaum von Anwendungen unterstützt; sie finden eher als internes Format in Windows-Programmen Verwendung.

Literatur

• Thomas W. Lipp: Grafikformate. Microsoft Press, Unterschleißheim 1997, ISBN 3-86063-391-0
• John Miano: Compressed Image File Formats. Addison-Wesley, Reading 2000, ISBN 0-201-60443-4

Weblinks

• Spezifikation aus dem Microsoft Platform SDK
• Einfache C++-Klasse zum Laden einer Windows Bitmap