图像压缩与解压缩算法解析

图像压缩

详细解析

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问题：将一张  图像的灰度值压缩存储到一个中间文件，然后利用中间文件还原这张图片。

初一看，这应该是两个程序吧，一个压缩程序一个解压程序。那就先压缩好喽，恩，压缩可是要怎

么读取它的灰度值呀？文件里不会只保存它的灰度值吧，点开属性，发现这是一张  的图片，如

果图片文件里只有灰度值，那么大小应该是 ，而实际大小是  字节。。可见还有其它信

息，根据经验，应该还有一个对图像的描述信息吧，这样那些图像显示程序才能知道以怎样的方式去显示

它，毕竟不是所有的  图片都是灰度图片。额，只好求助百度了经过整理，我把  图像

编码格式发到下面。

     文件被分成  个部分：位图文件头（      ）、位图信息

（）、颜色表（）和位图数据（即图像数据， ! 或 

"）

第  部分为位图文件头 BITMAPFILEHEADER，是一个结构体类型，该结构的长度是固定的，为 

个字节。其定义如下：

"!#$%&'())' )*

,-* &".位图文件类型，必须是 / ，即字符串“0

 ,-* 12.位图文件大小，包括这  个字节。

,-* *!3.,4! 保留字，暂不用。

,-* *!3.,4! 保留字，暂不用。

 ,-* -5!.从文件头到实际的位图数据的偏移字节数

6&'())' )*7'*(&'())' )*7&'())' )*.

第  部分为位图信息头 BITMAPINFOHEADER，也是一个结构体类型的数据结构，该结构的长度也是

固定的，为  个字节（,-* 为无符号  位整数， ,-* 为无符号  位整数，(-89 为  位整

数）。其定义如下：

"!#$%&'8-)' )*

 ,-* 12.本结构的长度，为  个字节。

(-89,:.位图的宽度，以像素为单位。

(-89%:.位图的高度，以像素为单位

,-* !.目标设备的级别，必须是 。

,-* #每个像素所占的位数（），其值必须为 （黑白图像）、（ 色

图）;（ 色）、（真彩色图），新的  格式支持  位色。

    ,-*  !!.  位图压缩类型，有效的值为 <*9 （未经压缩）、

<*();、<*()、 <&() 1（均为 ,4! 定义常量）。这里只

讨论未经压缩的情况，即 !!=<*9。

 ,-* 12%.实际的位图数据占用的字节数

(-89>!.指定目标设备的水平分辨率，单位是像素?米。

(-89@!.指定目标设备的垂直分辨率，单位是像素?米。

 ,-* A!.位图实际用到的颜色数，如果该值为零则用到的颜色数为  的 # 次

幂。

 ,-* .位图显示过程中重要的颜色数，如果该值为零则认为所有的颜色都是重要

的

6&'8-)' )*7'*(&'8-)' )*7&'8-)' )*.

第  部分为颜色表。颜色表实际上是一个 RGBQUAD 结构的数组，数组的长度由 A! 指定（如

果该值为零，则由 # 指定，即  的 # 次幂个元素）。*9BA' 结构是一个结构体

类型，占  个字节，其定义如下：

"!#$%*9BA'

@&)%#.该颜色的蓝色分量；

@&)%9.该颜色的绿色分量；

@&)%*.该颜色的红色分量；

@&)%*!3.保留字节，暂不用。

6*9BA' .

有些位图需要颜色表；有些位图（如真彩色图）则不需要颜色表，颜色表的长度由

&'8-)' )* 结构中 # 分量决定。对于 # 值为  的二值图像，每像素占

，图像中只有两种（如黑白）颜色，颜色表也就有 C= 个表项，整个颜色表的大小为 ; 个字节；

对于 # 值为 ; 的灰度图像，每像素占 ;，图像中有 C;= 种颜色，颜色表也就有 

个表项，且每个表项的 *、9、 分量相等，整个颜色表的大小为  个字节；而对于 #=

的真彩色图像，由于每像素  个字节中分别代表了 *、9、 三分量的值，此时不需要颜色表，因此真彩

色图的 &'8-)' )* 结构后面直接就是位图数据。

第  部分是位图数据，即图像数据，其紧跟在位图文件头、位图信息头和颜色表（如果有颜色表的话）之

后，记录了图像的每一个像素值。对于有颜色表的位图，位图数据就是该像素颜色在调色板中的索引值；

对于真彩色图，位图数据就是实际的 *、9、 值（三个分量的存储顺序是 、9、*）。下面分别就 

色、 色、 色和真彩色位图的位图数据进行说明：

D对于  色位图，用  位就可以表示该像素的颜色，所以  个字节能存储 ; 个像素的颜色值。

D对于  色位图，用  位可以表示一个像素的颜色。所以一个字节可以存储  个像素的颜色值。

D对于  色位图， 个字节刚好存储  个像素的颜色值。

D对于真彩色位图， 个字节才能表示  个像素的颜色值。

需要注意两点：

第一，,4! 规定一个扫描行所占的字节数必须是  的倍数，不足  的倍数则要对其进行扩充。假设

图像的宽为 ,: 个像素、每像素 # 个比特，其一个扫描行所占的真实字节数的计算公式如

下：

12(=E,:#?;FG?

那么，不压缩情况下位图数据的大小（&'8-)' )* 结构中的 12% 成员）计算如下：

12%= 12(%:

第二，一般来说， 文件的数据是从图像的左下角开始逐行扫描图像的，即从下到上、从左到右，将

图像的像素值一一记录下来，因此图像坐标零点在图像左下角。

好了，有了以上的知识后，可以开始压缩程序啦H恩，现在问题是怎么读取那两个结构体，大家都知

道 $ 语言的文件读取有两种方式，一个是按字节读取，一个是按位读取，那么用哪个呢？只好又百度

了好了，百度好了：

二进制方式很简单，读文件时，会原封不动的读出文件的全部內容，写的時候，也是把內存缓冲区的內容

原封不动的写到文件中。

而文本方式就不一样了，在读文件时，会将换行符号 *(E/ /'G全部转换成单个的 /'，并且

当遇到结束符 &*(IE/'G时，就认为文件已经结束。相应的，写文件时，会将所有的 /' 换成

/ /'。所以，若使用文本方式打开二进制文件时，就很容易出现文件读不完整，或內容不对的错

误。即使是用文本方式打开文本文件，也要谨慎使用，比如复制文件，就不应该使用文本方式。（更多类

容请自己百度）

这里我们选择二进制的读入方式

EJ:7!2E&'())' )*G77G.

以上以读取头部为例，其它的类似（注意要按顺序读取，不要弄反了）

好了，到此第一步已经完成了我们把灰度信息读取到了一个数组里，那开始压缩了，这个按书上那个程序

就好，压完得到一个 KL，KL7分别记录每一段的长度和那一段每个像素需要的位数，特别提醒，书上的程

序有一个 #%！！

原文 ## 函数里有一段是这样的：

EM=.MN=.MFFG+KML=K!KMLL.KML=K!KMLL.6

应该是

forEM=.MN=.MFFG+

KML=K!KMLL.

/=O.

forE=!KMOLF.N=!KML.FFG+??特别注意这个地方书上错了

ifEEKLGP/G??KL应该取第 M 段中占用位数最大的那个

/=EKLG.

6

KML=/.

6

KML不应该简单的赋值为 K!KMLL.而是应该取第 M 段中占用位数最大的那个。（太相信课本了，以至于开始

的时候没仔细看它，浪费了好几个小时╮EQRSGT）另外要注意书上那个程序灰度值数组下标是从  开始

的，这点要注意下（这个地方也死了  个多小时╮EQRSGT）好了现在我们得到两个数组 KL和 KL7分别记

录每一段的长度和那一段每个像素需要的位数，

好了开始将数据压缩到文件里吧，恩怎么压呢？当然是一段一段压啦，首先放入第一段的长度（; 位）然

后是每个像素所占的位数（ 位）然后循环一下把这个段压下去，这些都不是 ; 的倍数该怎么压呀……猛

一想确实挺头疼的。仔细想想我们只要用一个变量 M 指示当前字节下标（也就是你要压缩到的那个数组），

然后一个变量  指示当前字节还剩多少位可用

这样比如说将一个占  位的数据压入的代码是

ifEN=G+

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vane89

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