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C言語でBMP画像を作ろう!

大学C言語の授業の定期試験で作成したレポート

ソースコード

Generate bmp image with C. · GitHub

1.目的

C言語を使ってファイルをバイナリストリームで開いてbmpファイルを作成しよう。

f:id:megumish:20160530002517p:plain

図1.この画像を生成する。

2.原理

2.1C言語でバイナリファイルを生成

C言語のstdio.hライブラリにはファイルを開く関数があるがそれを使うことで直接機械が読み取れるバイナリデータを書き込むことができる。

これを使うことで一からファイルを生成しよう。

2.2bmpとは?

bmpとは「bitmapimage」の略であり、imageという名前がついている通り画像ファイルだ。一般に使われているpngjpegといった形式はバイナリデータが圧縮されているためC言語で扱うにはほかにライブラリが必要である。bmpファイルは圧縮しなくても画像ファイルとして作成することができ、バイナリデータを直接いじるのに複雑な操作が(pngなどと比べて)必要でなく容易である。そのため今回はbmpを使う。

 

3.ソースコード

1

//中京と書いてあるbmp画像を生成するプログラムです。

2

 

3

#include<stdio.h>

4

#include"bmpsetting.h"

5

 

 

#include”bmpsetting.h” は今のディレクトリからヘッダーファイル「bmpsetting.h」

を探してインクルードするマクロ。

Bmpsetting.hはbmpファイルのヘッダー情報を設定するための構造体と構造体を初期化するための関数が入っている。

 

7

int main(void){

8

 

9

        FILE *BMPfp;

10

        errno_t error;

11

        if (error = fopen_s(&BMPfp, "test.bmp", "wb") != 0)

12

                return error;

 

今回のプログラムはVisualStudio2013を使って作成した。VisualStudi2013ではセキュリティの意識が高く、fopenなどの関数が使えない。その代わりにfopen_sなどの関数を使われるように促される。

fopen_sはfopen関数と違い、FILE構造体を戻り値として返す形で開くファイルを設定せずにFILE構造体のインスタンスのアドレスを書きかえてファイルを開く。

fopen_sは戻り値としてerrno_t型の変数を返す。この変数の数値によってerrorが起こったかだけでなくerrorの種類がわかる。

bmpファイルに情報を書き込むためにはファイルにテキストではなくバイナリを書き込まなくてはならない。そのためfopen_s関数の第三引数において”w”ではなく”wb”のように”b”を加えることでファイルをテキストストリームではなくバイナリストリームで開いている。

 

13

        int sfsdaf[10][18] =

14

        { { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1 },

15

          { 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1 },

16

          { 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 },

17

          { 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1 },

18

          { 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1 },

19

          { 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1 },

20

          { 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1 },

21

          { 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1 },

22

          { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1 },

23

          { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1 } };

 

配列を宣言する際に(変数名)のように記述すると配列の配列が作成できる。これらの数値をつかってbmp画像に入力するデータを決める。

 

24

        BMPFileHeader bmpFH = InitializeFileHeader();

25

        BMPInfoHeader bmpIH = InitializeInfoHeader();

26

        ColorPalette  colP[2] = {

27

                { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 }, //Black

28

                { 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00 }  //White

29

        };

30

 

31

        bmpIH.ImgHeight =  0x0A;

32

        bmpIH.ImgWidth  =  0x12;

33

        unsigned int ByteperImgLine = ((0x12 / 8) + 1) + 1;

34

        bmpIH.ImgDateSize = 0x0A * ByteperImgLine;

35

        bmpFH.FileSize = bmpFH.DateOffSet + bmpIH.ImgDateSize;

36

 

37

 

38

        fwrite((char*)&bmpFH + 2, sizeof(BMPFileHeader)-2, 1, BMPfp);

39

        fwrite(&bmpIH, sizeof(BMPInfoHeader), 1, BMPfp);

40

        fwrite(colP, sizeof(ColorPalette), 2, BMPfp);

41

 

 

bmpファイルには画像そのもののデータだけでなく、ヘッダデータが存在している。ここではそのヘッダデータを記述している。

ヘッダデータには二種類のヘッダがある。ひとつはファイルヘッダというものでどのような形式のbmp画像にもこれが存在する。もうひとつは情報ヘッダで、このヘッダはCORE型やINFO型などの型があり、INFO型が一般的であるらしい。今回はINFO型を使用した。これらの詳しい構成は付属のExcelファイルに記述した。

 

 

 

 

42

        unsigned int num;

43

        char zero = 0;

44

        for (int row = 0; row < 10; row++){

45

                num = 0;

46

                for (int column = 0; column < 18; column++){

47

                        num = num * 2 + sfsdaf[9 - row][column];

48

                }

49

                fwrite(&num, sizeof(int), 1, BMPfp);

50

        }

51

       

52

        fclose(BMPfp);

53

        return 0;

54

 

55

}

 

BMPfpに用意したデータを書き込む。

fwrite関数はこのソースの記述で言うと、アドレス&numを初期位置としてsizeof(int)バイト分のデータを1個取り出してBMPfpに書き込むという処理をしている。

このソースコードではsfsdafを一番目の配列からではなく最後の配列から入力している。なぜこうするかというとbmpファイルは最初のイメージデータが左下から始まり右方向に進み、改行すると今度は上方向に進むので下から順番に積み上げるようにデータを入力しないといけないためだ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.結果

図1のような画像を生成するつもりだったが、実際にプログラムを組んだところ画像が反転しさらに謎の黒棒がついた画像が出来上がった。

f:id:megumish:20160530002537p:plain

図2.反転してしまった画像

 

 

5.考察

図3.出来上がった画像のバイナリデータ

バイナリデータに数値を書き込む前のint型の数値は「0x3FF6D」だった。しかしこのバイナリファイルで対応する数値(図3で赤丸で囲った部分)では「0x6DFF03」になっている。

この問題をGoogle検索で調べたところ、どうやらCPUの処理による問題らしい。

バイナリデータに書き込まれたデータはリトルエンディアンという配置方法でデータが配置されたらしい。リトルエンディアンは数倍とあるデータを転送する際に一バイトずつ上位バイトを下位バイトに埋めていく方式であるらしい。

これを解決するためには上位バイトは上位バイトにそのまま配置するビッグエンディアンという配置方法を使う、もしくは1バイトずつデータを配置していけばいいらしい。

 

6.参考文献・参考サイト

6.1bmpのバイナリ構造について

プログラミング/BMPファイル仕様/バイナリ構造 - ルーチェ's Homepage:

URL http://www.ruche-home.net/program/bmp/struct#image-data

6.2fopen_s関数やfwrite関数について

MSDN: URL http://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/z5hh6ee9.aspx

C言語標準ライブラリ関数ポケットリファレンス:葛西 朝雄、技術評論社、2009

6.3エンディアンについて

バイトオーダ - ビッグエンディアン/リトルエディアン:URL http://www.ertl.jp/~takayuki/readings/info/no05.html