BMPファイル形式

メモリにロードされたビットマップ画像ファイルは、Windows GDI API の重要なコンポーネントである DIB データ構造になります。メモリ内の DIB データ構造は、BMP ファイル形式とほぼ同じですが、14 バイトのビットマップファイルヘッダーは含まれておらず、DIB ヘッダーから始まります。メモリにロードされた DIB の場合、カラー テーブルは、明示的な RGB カラー定義の代わりに、現在実現されているパレット^{[ 7 ]}へのインデックスを構成する 16 ビット エントリ(追加の間接レベル) で構成されることもあります。すべての場合において、ピクセル配列は 4 バイトの倍数であるメモリ アドレスから開始する必要があります。メモリにロードされた非パック DIB では、オプションのカラー プロファイル データは、カラー テーブルの直後、ギャップ 1 とピクセル配列^{[ 6 ]}の前に配置する必要があります(図 1 とは異なります)。

gap1 と gap2 のサイズがゼロの場合、メモリ内の DIB データ構造は慣習的に「パック DIB」と呼ばれ、DIB ヘッダーの先頭を指す単一のポインタで参照できます。すべての場合において、ピクセル配列は 4 バイトの倍数であるメモリ アドレスから開始する必要があります。場合によっては、ピクセル配列のメモリ アドレスを 4 バイトの倍数に強制するために、カラー テーブルのエントリ数を調整する必要があるかもしれません。^{[ 7 ]} メモリにロードされた「パック DIB」の場合、オプションのカラー プロファイル データは、図 1 (gap1=0 および gap2=0 の場合) に示すように、ピクセル配列の直後に続く必要があります。^{[ 6 ]} 「パック DIB」は、 Windowsクリップボード API 関数、および一部の Windows パターン ブラシとリソース関数 で必要とされます。 ^{[ 8 ]}

このバイトブロックはファイルの先頭にあり、ファイルの識別に使用されます。一般的なアプリケーションでは、まずこのブロックを読み込んで、ファイルが実際にBMPファイルであり、破損していないことを確認します。BMPファイル形式の最初の2バイトは、ASCIIエンコーディングで文字「B」と文字「M」です。すべての整数値はリトルエンディアン形式（最下位バイトが先）で格納されます。

カラーテーブル（パレット）は、BMP 画像ファイル内で、BMP ファイル ヘッダー、DIB ヘッダーの直後、およびBI_BITFIELDS (12 バイト) または BI_ALPHABITFIELDS (16 バイト) オプションを指定したBITMAPINFOHEADERヘッダーを使用した場合のオプションの 3 つまたは 4 つのビットマスクの直後に配置されます。したがって、そのオフセットは、 BITMAPFILEHEADERのサイズと DIB ヘッダーのサイズ (さらに、3 つまたは 4 つのビットマスク用のオプションの 12 ～ 16 バイト) の合計になります。注: Windows CEでは、biCompression メンバーでBITMAPINFOHEADERヘッダーを BI_ALPHABITFIELDS ^{[ 14 ]}オプションとともに使用できます。

パレットのエントリ数は、2 ⁿ (n はピクセルあたりのビット数) またはヘッダーで指定されたより小さい数です (OS/2 BITMAPCOREHEADERヘッダー形式では、フルサイズのパレットのみがサポートされます)。^{[ 3 ] [ 5 ]}ほとんどの場合、カラー テーブルの各エントリは、青、緑、赤、0x00 の順に 4 バイトを占めます (例外については下記を参照)。これは、 BITMAPINFOHEADER の構造体メンバー biBitCount でインデックス付けされます。

カラーテーブルは、画像で使用される色を一覧表示するバイトブロック（テーブル）です。インデックス付きカラー画像では、各ピクセルはビット数（1、2、4、または8）で表され、このビット数は、このテーブルで定義される単一の色のインデックスです。インデックス付きカラービットマップにおけるカラーパレットの目的は、これらのインデックス値がそれぞれ対応する実際の色をアプリケーションに伝えることです。インデックスなし（非パレット化）ビットマップにおけるカラーテーブルの目的は、色表示機能が制限されたデバイスでの最適化のため、また将来的に異なるピクセル形式やパレット化への変換を容易にするために、ビットマップで使用される色を一覧表示することです。

カラー テーブルの色は通常、エントリごとに 4 バイトのARGB32形式で指定されます。OS/2 BITMAPCOREHEADERで使用されるカラー テーブルは、エントリごとに 3 バイトのRGB24形式を使用します。^{[ 3 ] [ 5 ]} メモリにロードされた DIB の場合、カラー テーブルはオプションで 2 バイトのエントリで構成されます。これらのエントリは、明示的な RGB カラー定義の代わりに、現在実現されているパレットへのインデックスを構成します^{[ 7 ]}。

Microsoft は、1bpp、4bpp、8bpp のインデックス付きカラー画像のBITMAPV4HEADERおよびBITMAPV5HEADERに有効なアルファ チャネル ビット マスク^{[ 15 ]が存在することを禁止していません。これは、カラー テーブル エントリが RGBQUAD.rgbReserved [ 16 ]}メンバーを介して8.8.8.[0-8].[0-8]形式を使用してアルファ コンポーネントを指定できることを示しています。ただし、Microsoft のドキュメントの一部のバージョンでは、RGBQUAD.rgbReserved メンバーは「ゼロでなければならない」と述べることで、この機能を禁止しています。

前述のとおり、ピクセルが 1 ピクセルあたり 16 ビット (16bpp) フォーマット (およびそれ以上) の場合、カラー テーブルは通常使用されません。これらのビットマップ 画像ファイルには通常、カラー テーブル エントリがありません。ただし、Microsoft のドキュメント (2010 年 11 月 16 日時点の MSDN Web サイト^{[ 17 ]} ) では、16bpp (およびそれ以上) の場合、カラー テーブルは、カラー表示機能が制限されているデバイスでの最適化を目的とした色のリストを格納するために存在することができ、また、そのような場合、このカラー テーブルにはインデックス付きパレット エントリは存在しないと規定されています。必須のパレット エントリとオプションのカラー リストを区別しないと、これは矛盾しているように見えるかもしれません。

ビットマップのピクセルを表すビットは行（ストライドまたはスキャンラインとも呼ばれる）にパックされます。各行のサイズは、パディングによって4バイト（32ビットDWORD ）の倍数に切り上げられます。 ^{[ 18 ]}

高さが1を超える画像の場合、複数のパディングされた行が連続して格納され、ピクセル配列が形成されます。

1行のピクセルを格納するために必要なバイト総数は、次のように計算できます。 $${\displaystyle {\text{RowSize}}=\left\lceil {\frac {{\text{BitsPerPixel}}\cdot {\text{ImageWidth}}}{32}}\right\rceil \cdot 4=\left\lfloor {\frac {{\text{BitsPerPixel}}\cdot {\text{ImageWidth}}+31}{32}}\right\rfloor \cdot 4,}$$

nビット/ピクセル（bpp）の画像で、2 ⁿ色を持つピクセル配列を格納するために必要なバイト総数は、各行のサイズを4バイトの倍数に切り上げる効果を考慮して、次のように計算できます。

$${\displaystyle {\text{PixelArraySize}}={\text{RowSize}}\cdot |{\text{ImageHeight}}|}$$

ピクセルフォーマット

• 1ビット/ピクセル（1bpp）フォーマットは、2つの異なる色（例えば、黒と白）をサポートします。ピクセル値は各ビットに格納され、最初の（左端の）ピクセルは最初のバイトの最上位ビットに格納されます。^{[ 5 ]}各ビットは、2色のテーブルへのインデックスです。設定されていないビットは最初のカラーテーブルエントリを参照し、設定されているビットは最後の（2番目の）カラーテーブルエントリを参照します。
• 2ビット/ピクセル（2bpp）フォーマットは、4つの異なる色をサポートし、1バイトあたり4ピクセルを格納します。最も左のピクセルは、最上位2ビットにあります（Windows CEのみ：^{[ 21 ]}）。各ピクセル値は、最大4色のテーブルへの2ビットのインデックスです。
• 4ビット/ピクセル（4bpp）フォーマットは16種類の異なる色をサポートし、1バイトあたり2ピクセルを格納します。最左端のピクセルは最上位ニブルにあります。^{[ 5 ]} 各ピクセル値は、最大16色のテーブルへの4ビットのインデックスです。
• 8ビット/ピクセル（8bpp）形式は、256種類の異なる色をサポートし、1バイトあたり1ピクセルを格納します。各バイトは、最大256色の色テーブルへのインデックスです。
• 1ピクセルあたり16ビット（16bpp）フォーマットは、65536種類の異なる色をサポートし、2バイトのワードごとに1ピクセルを格納します。各ワードは、ピクセルのアルファ、赤、緑、青の各サンプルを定義できます。
• 24ビット/ピクセル（24bpp）フォーマットは、16,777,216種類の異なる色をサポートし、3バイトごとに1ピクセル値を格納します。各ピクセル値は、ピクセルの赤、緑、青のサンプルを定義します（RGBAX表記では8.8.8.0.0）。具体的には、青、緑、赤の順です（各サンプルにつき8ビット）。^{[ 5 ]}
• 32ビット/ピクセル（32bpp）フォーマットは、4,294,967,296種類の異なる色をサポートし、1ピクセルを4バイトのDWORDに格納します。各DWORDは、ピクセルのアルファ、赤、緑、青の各サンプルを定義できます。

どのビットがどのサンプルを定義するかという曖昧さを解消するために、DIBヘッダーは特定のデフォルト値と、ピクセル内の特定のビット群が特定のチャネルに属するかどうかを定義するビットマスクである特定のビットフィールドを提供します。次の図はこのメカニズムを示しています。

図2 – RGBAXサンプル長表記で示された32ビットピクセルのBITFIELDSメカニズム

BITFIELDS ビットマスクで定義されるサンプルフィールドは連続していて重複していてはいけませんが、サンプルフィールドの順序は任意です。最も一般的なフィールドの順序は、アルファ、ブルー、グリーン、レッド (MSB から LSB) です。赤、緑、青のビットマスクは、DIB ヘッダーの Compression メンバーが BI_BITFIELDS に設定されている場合にのみ有効です。アルファのビットマスクは、DIB ヘッダーに存在する場合、または DIB ヘッダーの Compression メンバーが BI_ALPHABITFIELDS ^{[ 14 ]} ( Windows CEのみ) に設定されている場合に有効です。

^{図3 – Adob​​e Photoshop [ 22 ]}によって実際に生成された、16ビットピクセルのアルファチャンネル付きピクセルフォーマット（RGBAXサンプル長表記）

DIB に含まれるすべてのピクセルフォーマット

上記のBITFIELDメカニズムにより、数万種類の異なるピクセルフォーマットを定義できますが、実際に使用されるのはそのうちのいくつかのみです。^{[ 22 ]}すべてのパレット化されたフォーマットRGB8、RGB4、およびRGB1（上記の表で黄色でマークされ、dshow.h.MEDIASUBTYPE名で定義されています）。

バージョン 2.1.4 では、FFmpegは (独自の用語で) BMP ピクセル フォーマットbgra、bgr24、rgb565le、rgb555le、rgb444le、rgb8、bgr8、rgb4_byte、bgr4_byte、gray、pal8、およびmonobをサポートしていました。つまり、bgra は透明度をサポートする唯一のピクセル フォーマットでした。^{[ 24 ]}

以下は、ピクセル形式がRGB24の2×2ピクセル、24ビットビットマップ（Windows DIBヘッダーBITMAPINFOHEADER ）の例です。

以下は、アルファチャンネルに不透明度値を持つ、ピクセルフォーマットARGB32の4×2ピクセル、32ビットビットマップの例です（Windows DIBヘッダーBITMAPV4HEADER ）。

ビットマップデータは画像の左下隅から始まることに注意してください。