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。

请注重，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！假如碰到压缩 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。假如图像不是 24 位或 8 位图像，
该程序拒绝进行任何尝试。我猜测假如先用 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爱好。
假如尝试读取压缩图像，该例程可能失败，并产生
一个 IOException 异常。假如变量 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。假如 clrsused 参数大于 0，
　// 则颜色数由它决定。假如它等于 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;
}


您已把握了读取位图文件的技巧。很轻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。