如何在 Java 应用程序中读取 8 位和 24 位 Microsoft Windows 位图
在 Java 应用程序中加载位图文件的逐步指南
作者：Jeff West 和 John D. Mitchell
摘要
目前，标准的 getImage() 方法仅支持 GIF 和 JPEG 图像。尽管存在用于读取 PNG（可移植网络图形）格式的 Java 例程，但我们还没听说过有用于读取 Microsoft Windows 位图图像的阅读程序。Jeff West 撰写的这篇技巧提供了加载 Windows 位图图像的代码。
Java 的当前发行版并不正式支持在 Java 应用程序中读取 Microsoft Windows 位图文件。但别担心，我们有办法解决这个问题！这篇技巧将说明如何完成这一任务 -- 我们首先说明读取 Microsoft Windows 文件格式的基本步骤。
Windows DIB（设备独立的位图）文件格式比较简单。与纯位图格式不同，DIB 格式保留着用于在内存中存储图像的明确信息。问题是图像格式的变体如此之多（1 位、4 位、8 位和 16 位，以及其他格式）。本篇 Java 技巧中提供的解决方案只处理 8 位和 24 位两种格式。这两种格式代表了最常见的变体。
不管是哪种 Windows DIB 子类型，这种文件格式总是由 14 位文件头和 40 位信息头组成。这两个标头精确包含有关文件的存储内容和存储次序的信息。有关标头中每一项的确切含义，请参考 Microsoft Software Development Kit (SDK)。文件其余部分的内容随信息头中数据的不同而不同。
我们看一下本文要处理的两种子类型。24 位格式很简单：RGB（红-绿-蓝）颜色值（3 个字节，并按 BGR 排序）紧接在信息头之后。但是，每个扫描行都被补足到 4 个字节。按照说明文档（请参阅 Microsoft SDK）的说法，这种“补足”是为了优化 Windows 位图绘图 API。同时，底部的扫描行是文件中的第一项内容 -- 因此相对普通的图形坐标系统（其矢量方向的正向分别为向下和向右）而言，必须从后向前读取图像。
8 位子类型由于在信息头和象素数据之间插入调色板信息而复杂化。因此，每个象素条目只是进入 24 位 RGB 颜色的调色板数组的一个 8 位索引。在象素信息中，每个扫描行同样被补足到 4 个字节。
请注意，本文提供的位图图像加载方法不支持对压缩位图图像进行解压缩。实际上，这个例程甚至不寻求这种可能性！如果遇到压缩 Windows DIB 文件，该例程肯定会产生异常。Windows SDK 中有对压缩 Windows DIB 格式的说明。
至于性能，在运行 Microsoft Windows 95 的 486-DX2-66MHz 系统上，该例程读取 24 位 640 x 480 的文件（大约 920 千字节）所需的时间不超过 10 秒。使用 BufferedInputStream 而不是 FileInputStream 可明显提高性能。
以下例程读取两种文件格式中的任一种，并生成一个 Image 图像。以下代码并未包含全面的错误和异常处理，以避免使该例程更加复杂。您总可用 Windows Paint 程序对不支持的 Windows DIB 子类型进行转换。
/**
loadbitmap() 方法由 Windows C 代码转换而来。
只能读取未压缩的 24 位和 8 位图像。已在
Windows 95 上用 Microsoft Paint 保存的图像
对它进行了测试。如果图像不是 24 位或 8 位图像，
该程序拒绝进行任何尝试。我猜测如果先用 1100，
然后用 0011 对字节执行掩码操作，则也可将 4 位
图像包括在内。我实际上对这些图像不感兴趣。
如果尝试读取压缩图像，该例程可能失败，并产生
一个 IOException 异常。如果变量 ncompression
不为 0，则表示已经过压缩。
参数：
sdir 和 sfile 是 FileDialog 的
getDirectory() 和 getFile() 方法的结果。
返回值：
Image 对象，切记要检查 (Image)null !!!!
*/
public Image loadbitmap (String sdir, String sfile)
{
Image image;
System.out.println("loading:"+sdir+sfile);
try
{
FileInputStream fs=new FileInputStream(sdir+sfile);
int bflen=14; // 14 字节 BITMAPFILEHEADER
byte bf[]=new byte[bflen];
fs.read(bf,0,bflen);
int bilen=40; // 40 字节 BITMAPINFOHEADER
byte bi[]=new byte[bilen];
fs.read(bi,0,bilen);
// 解释数据。
int nsize = (((int)bf[5]&0xff)<<24)
| (((int)bf[4]&0xff)<<16)
| (((int)bf[3]&0xff)<<8)
| (int)bf[2]&0xff;
System.out.println("File type is :"+(char)bf[0]+(char)bf[1]);
System.out.println("Size of file is :"+nsize);
int nbisize = (((int)bi[3]&0xff)<<24)
| (((int)bi[2]&0xff)<<16)
| (((int)bi[1]&0xff)<<8)
| (int)bi[0]&0xff;
System.out.println("Size of bitmapinfoheader is :"+nbisize);
int nwidth = (((int)bi[7]&0xff)<<24)
| (((int)bi[6]&0xff)<<16)
| (((int)bi[5]&0xff)<<8)
| (int)bi[4]&0xff;
System.out.println("Width is :"+nwidth);
int nheight = (((int)bi[11]&0xff)<<24)
| (((int)bi[10]&0xff)<<16)
| (((int)bi[9]&0xff)<<8)
| (int)bi[8]&0xff;
System.out.println("Height is :"+nheight);
int nplanes = (((int)bi[13]&0xff)<<8) | (int)bi[12]&0xff;
System.out.println("Planes is :"+nplanes);
int nbitcount = (((int)bi[15]&0xff)<<8) | (int)bi[14]&0xff;
System.out.println("BitCount is :"+nbitcount);
// 查找表明压缩的非零值
int ncompression = (((int)bi[19])<<24)
| (((int)bi[18])<<16)
| (((int)bi[17])<<8)
| (int)bi[16];
System.out.println("Compression is :"+ncompression);
int nsizeimage = (((int)bi[23]&0xff)<<24)
| (((int)bi[22]&0xff)<<16)
| (((int)bi[21]&0xff)<<8)
| (int)bi[20]&0xff;
System.out.println("SizeImage is :"+nsizeimage);
int nxpm = (((int)bi[27]&0xff)<<24)
| (((int)bi[26]&0xff)<<16)
| (((int)bi[25]&0xff)<<8)
| (int)bi[24]&0xff;
System.out.println("X-Pixels per meter is :"+nxpm);
int nypm = (((int)bi[31]&0xff)<<24)
| (((int)bi[30]&0xff)<<16)
| (((int)bi[29]&0xff)<<8)
| (int)bi[28]&0xff;
System.out.println("Y-Pixels per meter is :"+nypm);
int nclrused = (((int)bi[35]&0xff)<<24)
| (((int)bi[34]&0xff)<<16)
| (((int)bi[33]&0xff)<<8)
| (int)bi[32]&0xff;
System.out.println("Colors used are :"+nclrused);
int nclrimp = (((int)bi[39]&0xff)<<24)
| (((int)bi[38]&0xff)<<16)
| (((int)bi[37]&0xff)<<8)
| (int)bi[36]&0xff;
System.out.println("Colors important are :"+nclrimp);
if (nbitcount==24)
{
// 24 位格式不包含调色板数据，但扫描行被补足到
// 4 个字节。
int npad = (nsizeimage / nheight) - nwidth * 3;
int ndata[] = new int [nheight * nwidth];
byte brgb[] = new byte [( nwidth + npad) * 3 * nheight];
fs.read (brgb, 0, (nwidth + npad) * 3 * nheight);
int nindex = 0;
for (int j = 0; j < nheight; j++)
{
for (int i = 0; i < nwidth; i++)
{
ndata [nwidth * (nheight - j - 1) + i] =
(255&0xff)<<24
| (((int)brgb[nindex+2]&0xff)<<16)
| (((int)brgb[nindex+1]&0xff)<<8)
| (int)brgb[nindex]&0xff;
// System.out.println("Encoded Color at ("
+i+","+j+")is:"+nrgb+" (R,G,B)= ("
+((int)(brgb[2]) & 0xff)+","
+((int)brgb[1]&0xff)+","
+((int)brgb[0]&0xff)+")");
nindex += 3;
}
nindex += npad;
}
image = createImage
( new MemoryImageSource (nwidth, nheight,
ndata, 0, nwidth));
}
else if (nbitcount == 8)
{
// 必须确定颜色数。如果 clrsused 参数大于 0，
// 则颜色数由它决定。如果它等于 0，则根据
// bitsperpixel 计算颜色数。
int nNumColors = 0;
if (nclrused > 0)
{
nNumColors = nclrused;
}
else
{
nNumColors = (1&0xff)<<nbitcount;
}
System.out.println("The number of Colors is"+nNumColors);
// 某些位图不计算 sizeimage 域，请找出
// 这些情况并对它们进行修正。
if (nsizeimage == 0)
{
nsizeimage = ((((nwidth*nbitcount)+31) & ~31 ) >> 3);
nsizeimage *= nheight;
System.out.println("nsizeimage (backup) is"+nsizeimage);
}
// 读取调色板颜色。
int npalette[] = new int [nNumColors];
byte bpalette[] = new byte [nNumColors*4];
fs.read (bpalette, 0, nNumColors*4);
int nindex8 = 0;
for (int n = 0; n < nNumColors; n++)
{
npalette[n] = (255&0xff)<<24
| (((int)bpalette[nindex8+2]&0xff)<<16)
| (((int)bpalette[nindex8+1]&0xff)<<8)
| (int)bpalette[nindex8]&0xff;
// System.out.println ("Palette Color "+n
+" is:"+npalette[n]+" (res,R,G,B)= ("
+((int)(bpalette[nindex8+3]) & 0xff)+","
+((int)(bpalette[nindex8+2]) & 0xff)+","
+((int)bpalette[nindex8+1]&0xff)+","
+((int)bpalette[nindex8]&0xff)+")");
nindex8 += 4;
}
// 读取图像数据（实际上是调色板的索引）
// 扫描行仍被补足到 4 个字节。
int npad8 = (nsizeimage / nheight) - nwidth;
System.out.println("nPad is:"+npad8);
int ndata8[] = new int [nwidth*nheight];
byte bdata[] = new byte [(nwidth+npad8)*nheight];
fs.read (bdata, 0, (nwidth+npad8)*nheight);
nindex8 = 0;
for (int j8 = 0; j8 < nheight; j8++)
{
for (int i8 = 0; i8 < nwidth; i8++)
{
ndata8 [nwidth*(nheight-j8-1)+i8] =
npalette [((int)bdata][nindex8]&0xff)];
nindex8++;
}
nindex8 += npad8;
}
image = createImage
( new MemoryImageSource (nwidth, nheight,
ndata8, 0, nwidth));
}
else
{
System.out.println ("Not a 24-bit or 8-bit Windows Bitmap, aborting...");
image = (Image)null;
}
fs.close();
return image;
}
catch (Exception e)
{
System.out.println("Caught exception in loadbitmap!");
}
return (Image) null;
}
您已掌握了读取位图文件的技巧。很容易对此方法进行扩展，使它能够读取单色和 16 色（4 位）格式。
作者简介
Jeff West 是加州圣地亚哥市的一名工程学研究生。在研究燃烧和火焰扩张的闲暇之余，他沉迷于 Java。 |
