24 位 RGB 位图中的填充

Question

有人可以向我解释为什么在 24 位 RGB 位图文件中我必须添加一个填充，其大小取决于图像的宽度吗？做什么的 ？

我的意思是我必须将此代码添加到我的程序中（用 C 语言）：

 if( read % 4 != 0 ) {
   read = 4 - (read%4);
   printf( "Padding: %d bytes\n", read );
   fread( pixel, read, 1, inFile );
  }

Answer 1

因为 24 位是奇数字节 (3)，并且由于多种原因，所有图像行都需要从 4 字节的倍数地址开始。

Answer 2

根据 Wikipedia，位图文件格式指定：

表示位图像素的位被打包成行。每行的大小通过填充向上舍入为 4 字节（32 位 DWORD）的倍数。必须将填充字节（不一定是 0）附加到行的末尾，以使行的长度达到四个字节的倍数。当像素阵列加载到内存中时，每行必须从 4 的倍数的内存地址开始。此地址/偏移限制仅对于加载到内存中的像素阵列是强制的。对于文件存储来说，只需每行的大小必须是 4 字节的倍数，而文件偏移量可以是任意的。宽度 = 1 的 24 位位图每行将有 3 个字节的数据（蓝色、绿色、红色）和 1 个字节的填充，而宽度 = 2 将有 2 个字节的填充，宽度 = 3 将有 3 个字节的填充填充，并且 Width=4 根本没有任何填充。

关于 Data Structure Padding 的维基百科文章也是一篇有趣的文章，它解释了填充在计算机科学中普遍使用的原因。

Answer 3

我认为这是设计决策，旨在对齐更好的内存模式，同时不浪费那么多空间（对于 319px 宽的图像，您将浪费 3 个字节或 0.25%）

想象一下您需要直接访问一些奇数行。您可以通过执行以下操作来访问第 n 行的前 4 个像素：

uint8_t *startRow = bmp + n * width * 3; //3 bytes per pixel
uint8_t r1 = startRow[0];
uint8_t g1 = startRow[1];
//... Repeat
uint8_t b4 = startRow[11];

请注意，如果 n 和 width 是奇数（并且 bmp 是偶数）， startRow 将会很奇怪。

现在，如果您尝试进行以下加速：

uint32_t *startRow = (uint32_t *) (bmp + n * width * 3);
uint32_t a = startRow[0]; //Loading register at a time is MUCH faster
uint32_t b = startRow[1]; //but only if address is aligned
uint32_t c = startRow[2]; //else code can hit bus errors!

uint8_t r1 = (a & 0xFF000000) >> 24;
uint8_t g1 = (a & 0x00FF0000) >> 16;
//... Repeat
uint8_t b4 = (c & 0x000000FF) >>  0;

您会遇到很多问题。在最好的情况下（即英特尔CPU），自 startRow 以来，a、b 和 c 的每个负载都需要分成两个负载不能被 4 整除。在最坏的情况下（例如 sun sparc），您的程序将因“总线错误”而崩溃。

在较新的设计中，通常强制行至少与 L1 缓存行大小对齐（intel 上为 64 字节，nvidia gpus 上为 128 字节）。

Answer 4

简短版本

因为 bmp 文件格式指定行必须完全适合 32 位“存储单元”。由于像素为 24 位，因此某些像素组合无法完美地位于 32 位“单元”中。在这种情况下，单元格被“填充”到完整的 32 位。

每字节 8 位 ∴
单元：32位=4字节∴
像素：24bits = 3bytes

 // If doesn't fit perfectly in 4 byte "cell"
 if( read % 4 != 0 ) {
   // find the difference between the "cell", and "the partial fit"
   read = 4 - (read%4); 
   printf( "Padding: %d bytes\n", read ); 
   // skip the difference 
   fread( pixel, read, 1, inFile ); 
  }

长版本

在计算中，单词是特定处理器设计所使用的数据的自然单位。字是由指令集或处理器硬件作为一个单元处理的固定大小的数据

-wiki: Word_(computer_architecture)

计算机系统基本上都有一个首选的“字长”（尽管现在不那么重要）。标准数据单元允许对计算机系统的架构进行各种优化（想想集装箱为航运业所做的事情）。有一个 32 位标准，称为 DWORD 又名双字（I猜测） - 这就是典型的位图图像的优化目标。

因此，如果每个像素有 24 位，则会出现各种“文字像素”行长度，无法很好地适应 32 位。所以在这种情况下，请将其填充掉。

注意：今天，您可能使用的是 64 位字长的计算机。检查您的处理器。

Answer 5

每行末尾是否有填充取决于格式。

对于 3 x 8 位通道图像来说确实没有太多理由，因为 I/O 无论如何都是面向字节的。对于像素压缩到小于一个字节（例如 1 位/像素）的图像，填充非常有用，这样每行都以字节偏移量开始。