见招拆招《Windows程序设计》(十二)
相关的例子:下载>>> 作者:Zoologist 于2008-12-15上传 

位图和Bitblt


位图是一个二维的位数组,它与图像的像素一一对应。当现实世界的图像被扫描成位图以后,图像被分割成网格,并以像素作为取样单位。在位图中的每个像素值指明了一个单位网格内图像的平均颜色。单色位图每个像素只需要一位,灰色或彩色位图中每个像素需要多个位。

位图代表了Windows程序内储存图像信息的两种方法之一。储存图像信息的另一种形式是metafile,我将在后面讨论。Metafile储存的就是对图像如何生成的描述,而不是将图像以数字化的图标代表。

以后我将更详细地讨论,Microsoft Windows 3.0定义了一种称为设备无关位图(DIB:device-independent bitmap)。我将在下一期讨论DIB。本章主要讨论GDI位图对象,这是一种在Windows中比DIB更早支持的位图形数据。如同本章大量的范例程序所说明的,这种比DIB位图更早被Windows支持的图形格式仍然有其利用价值。

位图入门

位图和metafile在计算机图形处理世界中都占有一席之地。位图经常用来表示来自真实世界的复杂图像,例如数字化的照片或者视频图像。Metafile更适合于描述由人或者机器产生的图像,比如建筑蓝图。位图和metafile都能存于内存或作为文件存于磁盘上,并且都能通过剪贴簿在Windows应用程序之间传输。

位图和metafile的区别在于位映像图像和向量图像之间的差别。位映像图像用离散的像素来处理输出设备;而向量图像用笛卡尔坐标系统来处理输出设备,其线条和填充对象能被个别拖移。现在大多数的图像输出设备是位映像设备,这包括视频显示、点阵打印机、激光打印机和喷墨打印机。而笔式绘图机则是向量输出设备。

位图有两个主要的缺点。第一个问题是容易受设备依赖性的影响。最明显的就是对颜色的依赖性,在单色设备上显示彩色位图的效果总是不能令人满意的。另一个问题是位图经常暗示了特定的显示分辨率和图像纵横比。尽管位图能被拉伸和缩小,但是这样的处理通常包括复制或删除像素的某些行和列,这样会破坏图像的大小。而metafile在放大缩小后仍然能保持图形样貌不受破坏。

位图的第二个缺点是需要很大的储存空间。例如,描述完整的640×480像素,16色的视频图形数组(VGA:Video Graphics Array)屏幕的一幅位图需要大于150 KB的空间;一幅1024×768,并且每个像素为24位颜色的图像则需要大于2 MB的空间。Metafile需要通常比位图来得少的空间。位图的储存空间由图像的大小及其包含的颜色决定,而metafile的储存空间则由图像的复杂程度和它所包含的GDI指令数决定。

然而,位图优于metafile之处在于速度。将位图复制给视频显示器通常比复制基本图形文件的速度要快。最近几年,压缩技术允许压缩位图的文件大小,以使它能有效地通过电话线传输并广泛地用于Internet的网页上。

位图的来源

位图可以手工建立,例如,使用Windows 98附带的「画图」程序。一些人宁愿使用位映像绘图软件也不使用向量绘图软件。他们假定:图形最后一定会复杂到不能用线条跟填充区域来表达。

位图图像也能由计算机程序计算生成。尽管大多数计算生成的图像能按向量图形metafile储存,但是高清晰度的画面或碎形图样通常还是需要位图。

现在,位图通常用于描述真实世界的图像,并且有许多硬设备能让您把现实世界的图像输入到计算机。这类硬件通常使用 电荷耦合设备(CCD:charge-coupled device),这种设备接触到光就释放电荷。有时这些CCD单元能排列成一组,一个像素对应一个CCD;为节约开支,只用一行CCD扫描图像。

在这些计算机CCD设备中,扫描仪是最古老的。它用一行CCD沿着纸上图像(例如照片)的表面扫描。CCD根据光的强度产生电荷。模拟数字转换器(ADC:Analog-to-digital converters)把电荷转换为数字讯号,然后排列成位图。

便携式摄像机也利用CCD单元组来捕捉影像。通常,这些影像是记录到录像带上。不过,这些视频输出也能直接进入 影像捕捉器(frame grabber),该设备能把模拟视频信号转换为一组像素值。这些影像捕捉器与任何兼容的视频信号来源都能同时使用,例如VCR、光盘、DVD播放机或有线电视译码器。

位图尺寸

位图呈矩形,并有空间尺寸,图像的高度和宽度都以像素为单位。例如,此网格可描述一个很小的位图:宽度为9像素,高度为6像素,或者更简单地计为9×6:


 

习惯上,位图的速记尺寸是先给出宽度。位图总数为9×6或者54像素。我将经常使用符号cx和cy来表示位图的宽度和高度。c表示计数,因此cx和cy是沿着x轴(水平)和y轴(垂直)的像素数。

我们能根据x和y坐标来描述位图上具体的像素。一般(并不都是这样),在网格内计算像素时,位图开始于图像的左上角。这样,在此位图右下角的像素坐标就是(8, 5)。因为从0开始计数,所以此值比图像的宽度和高度小1。

位图的空间尺寸通常也指定了分辨率,但这是一个有争议的词。我们说我们的视频显示有640×480的分辨率,但是激光打印机的分辨率只有每英寸300点。我喜欢用后一种情况中分辨率的意思作为每单位像素的数量。位图在这种意义上的分辨率指的是位图在特定测量单位中的像素数。不管怎样,当我使用分辨率这个词语时,其定义的内容应该是明确的。

位图是矩形的,但是计算机内存空间是线性的。通常(但并不都是这样)位图按列储存在内存中,且从顶列像素开始到底列结束。(DIB是此规则的一个主要例外)。每一列,像素都从最左边的像素开始依次向右储存。这就好像储存几列文字中的各个字符。

颜色和位图

除空间尺寸以外,位图还有颜色尺寸。这里指的是每个像素所需要的位数,有时也称为位图的 颜色深度(color depth)、位数(bit-count)或 位/像素(bpp:bits per pixel)数。位图中的每个像素都有相同数量的颜色位。

每像素1位的位图称为二阶(bilevel)、 二色(bicolor)或者单色 (monochrome)位图。每像素可以是0或1,0表示黑色,1可以表示白色,但并不总是这样。对于其它颜色,一个像素就需要有多个位。可能的颜色值等于2位数值。用2位可以得到4种颜色,用4位可以得16种颜色,8位可得到256种颜色,16位可得到65,536种颜色,而24位可得到16,777,216种颜色。

如何将颜色位的组合与人们所熟悉的颜色相对应是目前处理位图时经常碰到(而且常常是灾难)的问题。

实际的设备

位图可按其颜色位数来分类;在Windows的发展过程中,不同的位图颜色格式取决于常用视频显示卡的功能。实际上,我们可把视频显示内存看作是一幅巨大的位图-我们从显示器上就可以看见。

Windows 1.0多数采用的显示卡是IBM的彩色图像适配器(CGA:Color Graphics Adapter)和单色图形卡(HGC:Hercules Graphics Card)。HGC是单色设备,而CGA也只能在Windows以单色图形模式使用。单色位图现在还很常用(例如,鼠标的光标一般为单色),而且单色位图除显示图像以外还有其它用途。

随着增强型图形显示卡(EGA:Enhanced Graphics Adapter)的出现,Windows使用者开始接触16色的图形。每个像素需要4个颜色位。(实际上,EGA比这里所讲的更复杂,它还包括一个64种颜色的调色盘,应用程序可以从中选择任意的16种颜色,但Windows只按较简单的方法使用EGA)。在EGA中使用的16种颜色是黑、白、两种灰色、高低亮度的红色、绿和蓝(三原色)、青色(蓝和绿组合的颜色)。现在认为这16种颜色是Windows的最低颜色标准。同样,其它16色位图也可以在Windows中显示。大多数的图示都是16色的位图。通常,简单的卡通图像也可以用这16种颜色制作。

在16色位图中的颜色编码有时称为IRGB(高亮红绿蓝:Intensity-Red-Green-Blue),并且实际上是源自IBM CGA文字模式下最初使用的十六种颜色。每个像素所用的4个IRGB颜色位都映像为表14-1所示的Windows十六进制RGB颜色。

表14-1

IRGB

RGB颜色

颜色名称

0000

00-00-00

0001

00-00-80

暗蓝

0010

00-80-00

暗绿

0011

00-80-80

暗青

0100

80-00-00

暗红

0101

80-00-80

暗洋红

0110

80-80-00

暗黄

0111

C0-C0-C0

亮灰

1000

80-80-80

暗灰

1001

00-00-FF

1010

00-FF-00

绿

1011

00-FF-FF

1100

FF-00-00

1101

FF-00-FF

洋红

1110

FF-FF-00

1111

FF-FF-FF

EGA的内存组成了四个「颜色面」,也就是说,定义每个像素颜色的四位在内存中是不连续的。然而,这样组织显示内存便于使所有的亮度位都排列在一起、所有的红色位都排在一起,等等。这样听起来就好像一种设备依赖特性,即Windows程序写作者不需要了解所有细节,但这时应或多或少地知道一些。不过,这些颜色面会出现在一些API呼叫中,例如GetDeviceCaps和CreateBitmap。

Windows 98和Microsoft Windows NT/2000/XP需要VGA或分辨率更高的图形卡。这是目前公认的显示卡的最低标准。

1987年,IBM最早发表视频图像数组(Video Graphics Array:VGA)以及PS/2系列的个人计算机。它提供了许多不同的显示模式,但最好的图像模式(Windows也使用其中之一)是水平显示640个像素,垂直显示480个像素,带有16种颜色。要显示256种颜色,最初的VGA必须切换到320×240的图形模式,这种像素数不适合Windows的正常工作。

一般人们已经忘记了最初VGA卡的颜色限制,因为其它硬件制造商很快就开发了「Super-VGA」(SVGA)显示卡,它包括更多的视频内存,可显示256种颜色并有多于640×480的模式。这是现在的标准,而且也是一件好事,因为对于现实世界中的图像来说,16种颜色过于简单,有些不适合。

显示256种颜色的显示卡模式采用每像素8位。不过,这些8位值都不必与实际的颜色相符。事实上,显示卡提供了「调色盘对照表(palette lookup table)」,该表允许软件指定这8位的颜色值,以便与实际颜色相符合。在Windows中,应用程序不能直接存取调色盘对照表。实际上,Windows储存了256种颜色中的20种,而应用程序可以通过「Windows调色盘管理器」来自订其余的236种颜色。关于这些内容,我将在 第十六章详细介绍。调色盘管理器允许应用程序在256色显示器上显示实际位图。Windows所储存的20种颜色如表14-2所示。

表14-2

IRGB

RGB颜色

颜色名称

00000000

00-00-00

00000001

80-00-00

暗红

00000010

00-80-00

暗绿

00000011

80-80-00

暗黄

00000100

00-00-80

暗蓝

00000101

80-00-80

暗洋红

00000110

00-80-80

暗青

00000111

C0-C0-C0

亮灰

00001000

C0-DC-C0

美元绿

00001001

A6-CA-F0

天蓝

11110110

FF-FB-F0

乳白

11110111

A0-A0-A4

中性灰

11111000

80-80-80

暗灰

11111001

FF-00-00

11111010

00-FF-00

绿

11111011

FF-FF-00

11111100

00-00-FF

11111101

FF-00-FF

洋红

11111110

00-FF-FF

11111111

FF-FF-FF

最近几年,True-Color显示卡很普遍,它们在每像素使用16位或24位。有时每像素虽然用了16位,其中有1位不用,而其它15位主要近似于红、绿和蓝。这样红、绿和蓝每种都有32色阶,组合起来就可以达到32,768种颜色。更普遍的是,6位用于绿色(人类对此颜色最敏感),这样就可得到65,536种颜色。对于非技术性的PC使用者来说,他们并不喜欢看到诸如32,768或65,536之类的数字,因此通常将这种视频显示卡称为Hi-Color显示卡,它能提供数以千计的颜色。

到了每个像素24位时,我们总共有了16,777,216种颜色(或者True Color、数百万的颜色),每个像素使用3字节。这与今后的标准很相似,因为它大致代表了人类感官的极限而且也很方便。

在呼叫GetDeviceCaps时,您能利用BITSPIXEL和PLANES常数来获得显示卡的颜色单位,这些值显示如表14-3所示

表14-3

BITSPIXEL

PLANES

颜色数

1

1

2

1

4