WEBP 转 BMP 转换器

为什么要将 WebP 转换为 BMP

WebP 是 Google 推出的现代图像格式,凭借出色的压缩性能征服了互联网。但当您需要在一个完全不知道这种格式存在的程序中打开 WebP 文件时该怎么办?2005 年生产的数控机床、Windows XP 时代的会计软件、固件已有十年历史的医疗设备 - 所有这些系统都运行良好,但从未听说过 WebP。

将 WebP 转换为 BMP 是连接现代网络与经典软件的桥梁。BMP(位图)是 Windows 的原生格式,诞生于 1986 年,几乎所有能显示图像的设备都支持它。从文件大小的角度来看,这不是最高效的格式,但它是现存兼容性最好的格式。

当您从网站获取 WebP 格式的图像,而需要在一个已经运行了二十年且从未更新过的程序中打开时 - 转换为 BMP 可以彻底、毫无保留地解决问题。BMP 可以在任何地方打开,因为这是最简单的格式,任何带有图形界面的计算机都能理解。

为什么 WebP 和 BMP 是完全对立的

WebP 的理念:最大效率

WebP 是 Google 为了一个目标而创建的 - 让网络更快。工程师们采用了 VP8 视频编解码器的技术并将其改编用于静态图像。结果超出预期:在相同质量下,WebP 文件比 JPG 小 25-35%,在无损压缩模式下比 PNG 小 26%。

WebP 使用先进的算法:预测编码分析相邻像素并只保存差异,离散余弦变换(DCT)将空间数据转换到频域,熵编码消除统计冗余。所有这些使文件变得紧凑,但需要复杂的解码器。

在有损模式下支持 Alpha 通道是 WebP 的独特特性。JPG 和经典 GIF 都无法将透明度与有损压缩结合起来。WebP 优雅地做到了这一点,这使得该格式在具有透明背景的网页图形中非常流行。

BMP 的理念:最大简单性

BMP 诞生于一个完全不同的时代,有着完全不同的优先级。Microsoft 正在创建 Windows 1.0,需要一种存储位图图像的格式。要求很简单:文件应该快速读取,格式应该让任何程序员都能理解,兼容性比文件大小更重要。

BMP 的结构非常简单。标头告知图像的尺寸和颜色深度。然后是像素本身 - 一行接一行,没有任何压缩。每个像素用三个字节描述:蓝色、绿色、红色(正是这个顺序,BGR - Intel 架构的遗产)。

解码 BMP 是微不足道的:读取标头、分配内存、复制像素。没有复杂的算法,没有数学变换。这就是为什么 BMP 可以在任何硬件上工作 - 从超级计算机到只有几千字节内存的微控制器。

转换的技术方面

解码 WebP

转换的第一阶段是解压 WebP。对于有损模式(lossy),执行逆离散余弦变换,从频率系数恢复像素值。反量化恢复压缩时丢失的精度。最终预测从相对值恢复颜色的绝对值。

无损模式(lossless)使用不同的算法:逆熵编码、调色板恢复、逆预测滤波器。结果是原始图像的精确副本,逐像素对应。

解码后得到 RGBA 格式(红、绿、蓝、Alpha)的像素数组。对于带透明度的 WebP,Alpha 通道包含 256 个级别 - 从完全透明到完全不透明。

处理透明度

BMP 在 32 位模式下技术上支持 Alpha 通道,但这种支持非常不可靠。大多数处理 BMP 的程序要么忽略 Alpha 通道,要么错误地解释它。Windows 资源管理器显示黑色背景而不是透明度。画图程序根本不知道如何处理 Alpha 通道。

将带透明度的 WebP 转换为 BMP 时,正确的做法是用纯色替换透明度。我们使用白色背景作为最通用的选择。半透明像素按其透明度比例与白色混合:

结果 = 颜色 × Alpha + 白色 × (1 - Alpha)

具有 50% 透明度和红色的像素将变成粉红色(#FF8080)。这是物理上正确的混合,模拟将半透明层叠加在白纸上。

形成 BMP 文件

创建 BMP 从标头开始。BITMAPFILEHEADER(14 字节)包含签名"BM"、文件总大小和数据偏移量。BITMAPINFOHEADER(40 字节)描述图像尺寸、颜色深度和压缩类型。

数据逐行写入,从下到上 - 这是格式的历史特性。每行通过添加零字节对齐到 4 字节边界。对于 100×100 像素、24 位颜色的图像:

• 行数据:100 × 3 = 300 字节
• 对齐:300 -> 304 字节(添加 4 字节使其为 4 的倍数)
• 总数据:304 × 100 = 30400 字节
• 加上标头:54 字节
• 总计:30454 字节

WebP 和 BMP 格式比较

将 WebP 转换为 BMP 时,文件大小会急剧增加。具有高效压缩的 WebP 变成未压缩的像素数组。1920×1080 的图像在 WebP 中占用 50-200 KB,在 BMP 中正好是 6.2 MB(1920 × 1080 × 3 + 对齐 + 标头)。

转换时文件大小的变化

为什么 BMP 这么大

BMP 在标准模式下不使用任何压缩。每个像素正好占用 3 字节(24 位颜色)或 4 字节(32 位)。文件大小直接取决于分辨率:

分辨率越高,WebP 压缩效率越高,大小增加的倍数就越大。

BMP 大小计算公式

对于 24 位未压缩 BMP:

大小 = ((宽度 × 3 + Padding) × 高度) + 54

其中 Padding = (4 - (宽度 × 3) mod 4) mod 4

这是一个确定性公式 - BMP 的大小只取决于分辨率,而不取决于图像内容。相同大小的照片和纯色填充创建的 BMP 文件大小相同。

WebP 转 BMP 转换的应用场景

工业设备

数控(CNC)机床是 BMP 的主要应用领域之一。雕刻机、激光切割机、铣床经常使用位图图像来创建浮雕或雕刻。

此类设备的固件只开发一次,然后工作数十年。更新很少或不可能。对于这些系统来说,WebP 是一组未知的字节。BMP 则被无条件理解。

大幅面打印绘图仪,尤其是旧型号,也更喜欢 BMP。格式的简单性意味着可预测的工作,不会有意外。

过时的软件

企业世界是保守的。自 2005 年以来一直运行的程序,如果不动它,就会继续运行。更新意味着风险、成本、员工再培训。许多组织运行的软件创建于 WebP 出现之前很久。

会计系统、仓库程序、医疗信息系统 - 所有这些可能需要图像用于报告、文档、身份识别。所有这些可能都不理解 WebP。

旧版本的 Microsoft Office(2019 年之前)不支持 WebP。在安装了 Office 2010 的计算机上将图像插入 Word 文档需要转换为 BMP、JPG 或 PNG。

嵌入式系统

微控制器和嵌入式系统通常资源极其有限。WebP 解码器需要大量计算能力和内存。BMP 解码器只需几行代码。

工业显示器、信息显示屏、楼宇管理系统 - 所有这些都可以毫无困难地显示 BMP。格式的简单性是其在资源有限世界中的主要优势。

专业软件

印刷电路板设计程序、材料切割 CAD 系统、刺绣机管理软件 - 专业软件通常只支持有限的格式集。

此类程序的开发人员专注于核心功能,而不是支持奇特的图形格式。BMP 被所有人支持,因为添加其支持是微不足道的。

转换时质量会发生什么变化

无损 WebP -> BMP

如果源 WebP 是以无损模式(lossless)创建的,转换为 BMP 会保留所有像素。这是数学上精确的转换 - 每种颜色都无损传输。

唯一的例外是透明度。如果 WebP 包含 Alpha 通道,半透明区域将与白色背景混合。这种变化是不可逆的,但视觉上是正确的。

有损 WebP -> BMP

有损模式的 WebP 已经包含压缩伪影 - 对比边缘周围几乎不可见的失真,细节的轻微模糊。这些伪影是在初始压缩时创建的,将保留在 BMP 中。

转换为 BMP 不会增加新的质量损失。BMP 存储的正是解压后 WebP 中的像素。压缩伪影被保留,但不会产生新的伪影。

元数据

WebP 可以包含 EXIF 和 XMP 元数据 - 关于相机、拍摄日期、GPS 坐标、版权的信息。BMP 对元数据的支持非常有限。

将 WebP 转换为 BMP 时,元数据会丢失。如果 EXIF 信息很重要,请单独保存或选择其他目标格式(TIFF 或 PNG)。

BMP 转换的替代方案

PNG - 通用替代方案

对于大多数任务,PNG 是更好的选择:

• 无损压缩:文件大小比 BMP 小 3-10 倍
• Alpha 通道:完全支持透明度
• 广泛兼容:所有现代系统
• 网络兼容:在浏览器中工作

只有当目标系统不支持 PNG(这种情况很少见)或明确要求 BMP 时,才选择 BMP 而不是 PNG。

TIFF - 用于专业任务

TIFF 提供:

• LZW 压缩:更小的无损文件
• 元数据:完全支持 EXIF、IPTC、XMP
• 专业标准:印刷、归档

对于长期存储或专业工作,TIFF 优于 BMP。

保持 WebP

如果目标系统支持 WebP - 保持 WebP。该格式正变得越来越普遍:

• 所有现代浏览器
• 最新版本的 macOS 和 iOS
• Android 原生支持
• Adobe Creative Cloud
• GIMP、Affinity Photo

只有当 WebP 确实不受支持时才转换为 BMP。

实用建议

何时转换为 BMP

推荐:

• 目标软件明确要求 BMP
• 使用工业设备
• 资源有限的嵌入式系统
• 自 2010 年代以来未更新的程序
• 保证兼容性比文件大小更重要

不推荐:

• 存储照片档案(使用 JPG 或 PNG)
• 在互联网上发布(保持 WebP)
• 通过电子邮件传输(BMP 太大)
• 长期归档(选择 TIFF)

转换前的准备

检查 WebP 内容:

• 有透明度吗?它将变成白色背景
• 是动画吗?BMP 只会保存第一帧
• 元数据重要吗?它们将丢失

评估结果大小:

• 了解 WebP 的分辨率
• 计算 BMP 大小:宽度 × 高度 × 3 字节 ≈ 大小
• 确保有足够的存储空间

转换后

检查结果:

• 在目标程序中打开 BMP
• 确保颜色正确
• 检查透明度是否正确处理

保存原件:

• WebP 更紧凑、质量更高
• BMP 转回 WebP 会增加大小而不提高质量
• 保存源文件以便可能的重新转换

BMP 格式的技术限制

最大尺寸

BMP 理论上支持每边最多 2^31 像素的图像。实际上,大多数程序限制在更小的值 - 通常最多 30000×30000 像素。

对于超大图像,BMP 是不实用的:30000×30000 像素、24 位颜色的文件将占用约 2.7 GB。

色彩空间

BMP 工作在 RGB 色彩空间(版本 4 及更高版本支持 ICC 配置文件)。WebP 也使用 RGB,因此转换不需要色彩空间转换。

但是,如果 WebP 是从 CMYK 源创建的(例如用于印刷),CMYK 信息在创建 WebP 时已经丢失。BMP 将获得 RGB 版本。

字节顺序

BMP 使用 BGR 字节顺序(蓝-绿-红) - Intel x86 架构的遗产。WebP 使用标准 RGB。转换时字节顺序会自动转换。

BMP 兼容性历史

BMP 是少数几种真正在任何地方都能工作的格式之一:

任何具有图形界面的操作系统都支持 BMP。这是一种基础格式,内置于所有平台的基本图形库中。

结论

将 WebP 转换为 BMP 是从现代高效格式过渡到经典简单格式。您牺牲紧凑性以换取绝对兼容性。BMP 可以在任何地方打开:在 1995 年的程序中、在数控机床上、在只有几千字节内存的嵌入式系统中。

有意识地使用这种转换。如果有可能使用 WebP 或 PNG - 就使用它们。如果目标系统确实需要 BMP - 毫不犹豫地转换。BMP 只做一件事,但做得完美无缺:保证图像能够打开。