Windows Bitmap

Windows Bitmap
Dateiendung: .bmp, .dib
MIME-Type: image/x-ms-bmp, image/x-bmp, image/bmp
Magische Zahl: 42, 4D hex
BM
Entwickelt von: Microsoft
Aktuelle Version 5
Art: Rastergrafik


Windows Bitmap (BMP) oder device-independent bitmap (DIB) ist ein zweidimensionales Rastergrafikformat, das für die Betriebssysteme Microsoft Windows und OS/2 entwickelt und mit Microsoft Windows 3.0 eingeführt wurde, welches 1990 erschien. Die Dateiendung ist .bmp, seltener .dib.

Merkmale

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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 (bpp = bits per pixel, Bits je Bildpunkt), 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 Internet 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).

Die maximale Breite/Höhe eines Bildes beträgt theoretisch je 2.147.483.647 Pixel (231 − 1). In der Praxis akzeptieren viele Decoder nur deutlich niedrigere Werte.[1][2]

Dateiformat (Version 3)

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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

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BITMAPFILEHEADER (Größe: 14 Byte)
Offset (Byte) Datentyp Größe Name Inhalt
Dez Hex Windows-Style C-Style
0 0 WORD uint16_t 2 Byte bfType ASCII-Zeichenkette "BM" (Hex: 0x42 0x4D, Dezimal: 66 77).
2 2 DWORD uint32_t 4 Byte bfSize Größe der BMP-Datei in Byte. (unzuverlässig)
6 6 DWORD uint32_t 4 Byte bfReserved Reserviert, von der Software abhängig, standardmäßig 0
10 A DWORD uint32_t 4 Byte bfOffBits Offset der Bilddaten in Byte vom Beginn der Datei an.

Dieser hat nicht immer den Wert 54 (er ergibt sich aus 14 Byte Header + 40 Byte Infoblock) und muss daher dynamisch ausgelesen werden, weil es sonst ggf. zu Fehldarstellungen im Bild kommt.

[3]

Informationsblock

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Bitmap-Eigenschaften

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Der Informationsblock beginnt mit folgender Struktur, die die Bitmap-Eigenschaften enthält[4][5]

BITMAPINFOHEADER (Größe: 40 Byte)
Offset (Byte) Datentyp Größe Name Inhalt
Dez Hex Windows-Style C-Style
14 0E DWORD uint32_t 4 Byte biSize Größe der BITMAPINFOHEADER-Struktur in Byte
18 12 LONG int32_t 4 Byte biWidth Breite der Bitmap in Pixel. Dabei ist das erste Byte niederwertig und das letzte Byte höchstwertig.
22 16 LONG int32_t 4 Byte biHeight Der Betrag gibt die Höhe der Bitmap in Pixel an. Dabei ist das erste Byte niederwertig und das letzte Byte höchstwertig.
  • 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.[6]
  • 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 1A WORD uint16_t 2 Byte biPlanes 1 (Stand in einigen älteren Formaten wie PCX für die Anzahl der Farbebenen, wird aber für BMP nicht verwendet)
28 1C WORD uint16_t 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.
30 1E DWORD uint32_t 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.
34 22 DWORD uint32_t 4 Byte biSizeImage
  • Wenn biCompression=BI_RGB: Entweder 0 oder die Größe der Bilddaten in Byte.
  • Ansonsten: Größe der Bilddaten in Byte.
38 26 LONG int32_t 4 Byte biXPelsPerMeter Horizontale Auflösung des Zielausgabegerätes in Pixel pro Meter; wird aber für BMP-Dateien meistens auf 0 gesetzt.
42 2A LONG int32_t 4 Byte biYPelsPerMeter Vertikale Auflösung des Zielausgabegerätes in Pixel pro Meter; wird aber für BMP-Dateien meistens auf 0 gesetzt.
46 2E DWORD uint32_t 4 Byte biClrUsed
  • Wenn biBitCount=1: 0.
  • Wenn biBitCount=4 oder 8: die Anzahl der Einträge der Farbtabelle; 0 bedeutet die maximale Anzahl (2, 16 oder 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 32 DWORD uint32_t 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

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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

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  • Wenn biClrUsed=0:
    • Wenn biBitCount=1, 4 oder 8: Es folgt eine Farbtabelle mit 2biBitCount 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

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Die Bilddaten beginnen am Offset bfOffBits. Die Größe der Bilddaten beträgt näherungsweise (gilt nur für durch 4 teilbare Bildbreiten) 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. Bei BI_BITFIELDS und bei BI_RGB ist die Länge jeder Zeile ein Vielfaches von 4 Bytes und wird, falls erforderlich, mit Nullbytes aufgefüllt.

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.

Vor- und Nachteile

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Vorteile von Bitmaps sind unter anderem:[7]

  • Die einfache Erstellung aus bereits im Arbeitsspeicher des Computers vorhandenen Pixeldaten.
  • Der effiziente und simple Zugriff auf die Bilddaten auf Grund ihrer rasterartigen Anordnung.
  • Eine Änderung der Farbinformation durch Änderung einer eventuell vorhandenen Palette ist möglich, ohne die Bilddaten selber zu ändern.
  • Die einfache Ausgabe auf rasterbasierte Ausgabegeräte wie Monitore oder Drucker.

Nachteile von Bitmaps sind unter anderem:

  • Die große Dateigröße im Vergleich zu komprimierten Formaten.
  • Sofern die übliche Zeilenanordnung gewählt wird, steht das Bild – verglichen mit der Zeilenfolge auf einem üblichen Bildschirm – auf dem Kopf[8]

Versionen 4 und 5

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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.

Siehe auch

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Literatur

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  • 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.
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Einzelnachweise

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  1. ↑ Quellcode für BMPImageReader.cpp in Chromium. In: chromium.googlesource.com. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 8. Dezember 2015; abgerufen am 2. Dezember 2015.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/chromium.googlesource.com
  2. ↑ Quellcode für nsBMPDecoder.cpp in Mozilla Firefox. In: dxr.mozilla.org. Ehemals im Original (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 2. Dezember 2015.@1@2Vorlage:Toter Link/dxr.mozilla.org (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven)
  3. ↑ BITMAPFILEHEADER Structure
  4. ↑ BITMAPINFOHEADER Structure
  5. ↑ Bitmap Storage
  6. ↑ https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20210525-00/?p=105250 Why are device-independent bitmaps upside down? by Raymond Chen
  7. ↑ Pros and Cons of Bitmap File Formats In: James D. Murray, William VanRyper: Encyclopedia of Graphics File Formats. 2. Auflage. O’Reilly & Associates, Bonn 1996, ISBN 1-56592-161-5.
  8. ↑ Bitmap Storage