BMP 파일 포맷

2.1.2. BITMAPFILEHEADER2

OS/2 2.x에서 사용된 파일 헤더이다. BITMAPFILEHEADER를 확장한 것이지만 크기는 같다.

2.2. 정보 헤더

정보 헤더는 비트맵 이미지에 대한 자세한 정보를 담고 있으며, 14바이트부터 시작한다. 이 블록은 애플리케이션이 이미지를 화면에 표시하는 데 필요한 정보를 제공하며, 윈도우 및 OS/2에서 내부적으로 사용되는 헤더와도 일치한다. 여러 가지 변형이 존재하며, 모두 크기를 지정하는 dword(32비트) 필드를 포함하여 어떤 헤더가 사용되었는지 쉽게 확인할 수 있다.

마이크로소프트는 DIB 형식을 여러 번 확장했기 때문에 다양한 버전의 정보 헤더가 존재한다. 새로운 확장 헤더는 이전 헤더 대신 일부 GDI 함수와 함께 사용하여 더 많은 기능을 제공할 수 있다.

2.2.1. BITMAPCOREHEADER

OS/2 V1 헤더는 OS/2 비트맵에 사용되는 정보 헤더로, 크기는 12바이트이다. 'core 헤더'라고도 불린다.

2.2.2. BITMAPINFOHEADER

윈도우 비트맵에서 사용되는 40바이트 크기의 정보 헤더로, 'info 헤더'라고도 불린다. 가장 널리 사용되는 형식이다. 호환성을 위해 대부분의 응용 프로그램은 파일을 저장할 때 오래된 DIB 헤더를 사용한다. OS/2가 물러나자, 현재 일반적으로 쓰이는 포맷은 V3 헤더가 되었다.

압축 방식 (바이트 #30-33)은 다음의 값을 가진다. BI_RGB 비트맵의 경우 그림 크기 필드는 0이 될 수 있다.

2.2.3. BITMAPINFOHEADER2

OS/2 V2 이후에 대응하는 정보 헤더로, 크기는 가변적이며 최대 64바이트이다.

2.2.4. BITMAPV3INFOHEADER

어도비 포토샵(Adobe Photoshop)에서 사용되던 정보 헤더이다. info 헤더에 RGB와 α(알파) 성분의 컬러 마스크를 통합한 56바이트 헤더로, 편의상 V3 헤더라고 불린다. info 헤더에 RGB 성분의 컬러 마스크를 통합한 52바이트의 정보 헤더도 존재하며, 이쪽은 편의상 V2 헤더라고 불린다.

2.2.5. BITMAPV4HEADER

Windows^영어 95, Windows NT^영어 4.0부터 지원하는 정보 헤더이다. V4 헤더라고 불린다.

2.2.6. BITMAPV5HEADER

윈도우 98, 윈도우 2000부터 지원하는 정보 헤더로 V5 헤더라고 불린다.

2.3. 컬러 마스크

컬러 마스크는 비트 필드 형식이 사용된 비트맵에서 각 색상 성분을 추출하는 데 사용되는 데이터이다. 빨강, 녹색, 파랑 성분 순으로 작성되며, 각각 4바이트씩 총 12바이트이다. Windows CE에서 압축 형식에 "알파 채널 포함 비트 필드"를 사용한 경우에는 이 뒤에 α 성분의 컬러 마스크가 추가되어 총 16바이트가 된다.

컬러 마스크 블록은 정보 헤더가 INFO 헤더이고 비트 필드 형식이 사용된 경우에 반드시 존재한다. V4, V5 헤더의 경우에는 헤더 내에 값이 저장되므로 이 블록을 배치할 필요가 없다.

1픽셀당 비트 수와 컬러 마스크의 조합이 다음과 같은 경우에는 압축 형식을 비압축으로 설정하고 컬러 마스크 블록을 생략할 수 있다.

2.4. 색상 팔레트

색상 팔레트는 인덱스 색상 비트맵에서 사용되는 색상을 정의하는 데 사용된다. 인덱싱된 색상 이미지의 각 픽셀은 색상 팔레트의 인덱스(1, 4 또는 8비트)로 표현되며, 이 인덱스는 해당 픽셀의 색상을 나타낸다.

색상 팔레트의 각 항목은 일반적으로 파란색, 녹색, 빨간색, 0x00 순서로 4바이트를 차지하며, ARGB32 형식으로 지정된다. OS/2 BITMAPCOREHEADER^영어에서 사용되는 색상 테이블은 항목당 3바이트의 RGB24 형식을 사용한다. 16비트 픽셀당(16bpp) 형식 이상인 경우, 색상 테이블은 일반적으로 사용되지 않지만, 색상 표시 기능이 제한된 장치에서 최적화를 위해 사용될 색상 목록을 저장하기 위해 존재할 수 있다. 팔레트의 항목 수는 2ⁿ (여기서 n은 픽셀당 비트 수)이거나 헤더에 지정된 더 작은 수이다.

2.4.1. RGBTRIPLE

RGBTRIPLE^영어은 1색을 3바이트로 표기하는 형식으로, core 헤더인 경우에만 사용된다.

2.4.2. RGBQUAD

RGBQUAD^영어는 1색을 4바이트로 표현하는 형식으로, OS/2 비트맵에서의 RGB2^영어도 여기에 해당한다. 색상 테이블의 각 항목은 일반적으로 파란색, 녹색, 빨간색, 0x00 순서로 4바이트를 차지하며, ARGB32 형식으로 지정된다.

2.5. 비트맵 데이터

비트맵 데이터는 실제 이미지의 픽셀 정보를 담고 있으며, 각 픽셀은 색상 팔레트의 인덱스 또는 RGB 값으로 표현된다. 픽셀 데이터는 일반적으로 이미지의 왼쪽 아래에서 시작하여 오른쪽 위 방향으로 저장된다. 그러나 이미지 높이가 음수인 경우에는 위에서 아래 방향으로 저장될 수도 있다.

각 픽셀을 나타내는 비트는 행(스트라이드 또는 스캔 라인이라고도 함)으로 묶인다. 각 행의 크기는 4바이트(32비트 DWORD)의 배수가 되도록 패딩 바이트(0x00)가 추가되어 조정된다.

픽셀 한 행을 저장하는 데 필요한 바이트 수(RowSize)는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있다.

$$\backslash text\{RowSize\}\; =\; \backslash left\backslash lceil\backslash frac\; \{\; \backslash text\{BitsPerPixel\}\; \backslash cdot\; \backslash text\{ImageWidth\}\}\{32\}\backslash right\backslash rceil\; \backslash cdot\; 4\; =\; \backslash left\backslash lfloor\backslash frac\; \{\; \backslash text\{BitsPerPixel\}\; \backslash cdot\; \backslash text\{ImageWidth\}+31\}\{32\}\backslash right\backslash rfloor\; \backslash cdot\; 4,$$

* `BitsPerPixel`: 픽셀당 비트 수
* `ImageWidth`: 이미지 너비 (픽셀 단위)
* `⌊⌋`: 바닥 함수
* `⌈⌉`: 천장 함수

높이가 1보다 큰 이미지의 경우, 여러 개의 패딩된 행이 연속적으로 저장되어 픽셀 배열을 형성한다. 픽셀 배열을 저장하는 데 필요한 총 바이트 수(PixelArraySize)는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있다.

$$\backslash text\{PixelArraySize\}\; =\; \backslash text\{RowSize\}\; \backslash cdot\; |\backslash text\{ImageHeight\}|$$

* `ImageHeight`: 이미지 높이 (픽셀 단위, 위에서 아래로 내려가는 이미지의 경우 음수)

픽셀 배열은 이미지를 픽셀 단위로 설명하는 32비트 DWORD의 블록이다. 픽셀은 일반적으로 "하단에서 위로" 저장되는데, 이는 이미지의 왼쪽 하단 모서리에서 시작하여 왼쪽에서 오른쪽으로, 그리고 행별로 아래에서 위로 이동하는 방식이다. 압축되지 않은 Windows 비트맵은 이미지 높이 값이 음수일 때 위에서 아래로 저장될 수도 있다. (가 사용되지 않는 한)

원래 OS/2 DIB에서 색상 깊이의 유효한 값은 픽셀당 1, 4, 8, 24비트(bpp)였다. 현대 DIB 헤더는 픽셀당 1, 2, 4, 8, 16, 24 및 32비트(bpp)의 픽셀 형식을 허용한다. GDI+는 픽셀당 64비트도 허용한다.

예시:

2x2 픽셀, 24비트 비트맵 (Windows DIB 헤더 ), 픽셀 형식 RGB24의 예:

3. 압축 방식

BMP 파일은 무압축이거나 RLE 방식으로 압축될 수 있다. RLE 압축은 반복되는 픽셀 값을 효과적으로 줄여 파일 크기를 줄일 수 있다. 윈도우에서는 BI_RGB(무압축), BI_RLE8(8비트 RLE), BI_RLE4(4비트 RLE), BI_BITFIELDS, BI_JPEG, BI_PNG 등의 압축 방식을 지원한다.

압축 방식 (바이트 #30-33)은 다음의 값을 갖는다. BI_RGB 비트맵의 경우 그림 크기 필드는 0이 될 수 있다.

4. 픽셀 형식

BMP 파일 형식은 픽셀 데이터를 다양한 방식으로 저장할 수 있으며, 이를 픽셀 형식이라고 한다. 각 픽셀 형식은 픽셀당 비트 수(bpp, bits per pixel)로 표현된다. 픽셀당 비트 수가 높을수록 더 많은 색상을 표현할 수 있다.

* 1bpp: 픽셀당 1비트를 사용하며, 2가지 색상(예: 검정, 흰색)을 표현한다. 각 비트는 색상 테이블의 인덱스를 가리킨다.
* 2bpp: 픽셀당 2비트를 사용하며, 4가지 색상을 표현한다. 1바이트에 4개의 픽셀이 저장된다.
* 4bpp: 픽셀당 4비트를 사용하며, 16가지 색상을 표현한다. 1바이트에 2개의 픽셀이 저장된다.
* 8bpp: 픽셀당 8비트를 사용하며, 256가지 색상을 표현한다. 1바이트에 1개의 픽셀이 저장된다.
* 16bpp: 픽셀당 16비트를 사용하며, 65,536가지 색상을 표현한다. 2바이트(WORD)에 1개의 픽셀이 저장되며, 각 픽셀은 알파, 빨강, 녹색, 파랑 샘플을 가질 수 있다.
* 24bpp: 픽셀당 24비트를 사용하며, 16,777,216가지 색상을 표현한다. 3바이트에 1개의 픽셀 값이 저장되며, 각 픽셀은 빨강, 녹색, 파랑 샘플을 가진다(파랑, 녹색, 빨강 순서).
* 32bpp: 픽셀당 32비트를 사용하며, 4,294,967,296가지 색상을 표현한다. 4바이트(DWORD)에 1개의 픽셀이 저장되며, 각 픽셀은 알파, 빨강, 녹색, 파랑 샘플을 가질 수 있다.

DIB 헤더는 BITFIELDS를 사용하여 픽셀의 특정 비트 그룹이 어떤 채널에 속하는지를 정의한다. 이를 통해 다양한 픽셀 형식을 유연하게 지원할 수 있다.

실제로는 수만 개의 픽셀 형식 정의가 가능하지만, 주로 사용되는 것은 몇 가지 안 된다. 예를 들어, RGB8, RGB4, RGB1과 같은 팔레트 형식과 RGB32, ARGB32, RGB24, RGB565 등 비압축 RGB 형식이 있다.

FFmpeg 2.1.4 버전에서는 bgra, bgr24, rgb565le, rgb555le, rgb444le, rgb8, bgr8, rgb4_byte, bgr4_byte, gray, pal8, monob 등의 BMP 픽셀 형식을 지원했다. 이 중 bgra만이 투명도를 지원했다.

다음은 24비트 비트맵(픽셀 형식 RGB24)과 32비트 비트맵(픽셀 형식 ARGB32)의 예시이다.

5. BMP 파일 형식의 활용

BMP 파일 포맷은 단순하고 윈도우 등 여러 곳에서 널리 쓰이며, 특허에서 비교적 자유롭기 때문에 수많은 운영 체제가 제공하는 그림 처리 프로그램에서 읽고 쓸 수 있는 매우 일반적인 포맷이다. ICO 및 CUR 파일은 BITMAPINFOHEADER로 시작하는 비트맵을 포함한다.

많은 이전 그래픽 사용자 인터페이스는 내장 그래픽 서브시스템에서 비트맵을 사용했다. 예를 들어, Microsoft Windows 및 OS/2 플랫폼의 GDI 서브시스템에서 사용되는 형식은 'Windows 및 OS/2 비트맵 파일 형식'이며, 일반적으로 .BMP 파일 확장자로 명명된다.

대부분의 BMP 파일은 압축을 거의 하지 않아 상대적으로 크기가 큰 반면, ZIP과 같은 무손실 데이터 압축 알고리즘으로 상당 용량을 압축할 수 있다.

6. 관련 형식

X 윈도 시스템은 흑백 이미지에 XBM 형식을 사용하고, 컬러 이미지에는 XPM (픽셀맵) 형식을 사용한다. 이동식 픽스맵 (PPM)과 Truevision TGA 형식도 있지만 덜 사용되거나 특별한 목적에 사용된다. 예를 들어 TGA는 투명도 정보를 포함할 수 있다. ICO 및 CUR 파일은 BITMAPINFOHEADER로 시작하는 비트맵을 포함한다.

7. BMP를 다루는 프로그램 라이브러리