Java應用程序中加載位圖文件的逐步指南

2019-11-18 14:49:42

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供稿：網友

作者：Jeff West 和 John D. Mitchell

摘要
目前，標準的 getImage() 方法僅支持 GIF 和 JPEG 圖像。盡管存在用于讀取 PNG（可移植網絡圖形）格式的 java 例程，但我們還沒聽說過有用于讀取 Microsoft Windows 位圖圖像的閱讀程序。Jeff West 撰寫的這篇技巧提供了加載 Windows 位圖圖像的代碼。
Java 的當前發行版并不正式支持在 Java 應用程序中讀取 Microsoft Windows 位圖文件。但別擔心，我們有辦法解決這個問題！這篇技巧將說明如何完成這一任務 -- 我們首先說明讀取 Microsoft Windows 文件格式的基本步驟。
Windows DIB（設備獨立的位圖）文件格式比較簡單。與純位圖格式不同，DIB 格式保留著用于在內存中存儲圖像的明確信息。問題是圖像格式的變體如此之多（1 位、4 位、8 位和 16 位，以及其他格式）。本篇 Java 技巧中提供的解決方案只處理 8 位和 24 位兩種格式。這兩種格式代表了最常見的變體。

不管是哪種 Windows DIB 子類型，這種文件格式總是由 14 位文件頭和 40 位信息頭組成。這兩個標頭精確包含有關文件的存儲內容和存儲次序的信息。有關標頭中每一項的確切含義，請參考 Microsoft Software Development Kit (SDK)。文件其余部分的內容隨信息頭中數據的不同而不同。

我們看一下本文要處理的兩種子類型。24 位格式很簡單：RGB（紅-綠-藍）顏色值（3 個字節，并按 BGR 排序）緊接在信息頭之后。但是，每個掃描行都被補足到 4 個字節。按照說明文檔（請參閱 Microsoft SDK）的說法，這種“補足”是為了優化 Windows 位圖繪圖 API。同時，底部的掃描行是文件中的第一項內容 -- 因此相對普通的圖形坐標系統（其矢量方向的正向分別為向下和向右）而言，必須從后向前讀取圖像。

8 位子類型由于在信息頭和象素數據之間插入調色板信息而復雜化。因此，每個象素條目只是進入 24 位 RGB 顏色的調色板數組的一個 8 位索引。在象素信息中，每個掃描行同樣被補足到 4 個字節。

請注重，本文提供的位圖圖像加載方法不支持對壓縮位圖圖像進行解壓縮。實際上，這個例程甚至不尋求這種可能性！假如碰到壓縮 Windows DIB 文件，該例程肯定會產生異常。Windows SDK 中有對壓縮 Windows DIB 格式的說明。

至于性能，在運行 Microsoft Windows 95 的 486-DX2-66MHz 系統上，該例程讀取 24 位 640 x 480 的文件（大約 920 千字節）所需的時間不超過 10 秒。使用 BufferedInputStream 而不是 FileInputStream 可明顯提高性能。

以下例程讀取兩種文件格式中的任一種，并生成一個 Image 圖像。以下代碼并未包含全面的錯誤和異常處理，以避免使該例程更加復雜。您總可用 Windows Paint 程序對不支持的 Windows DIB 子類型進行轉換。

    /**
loadbitmap() 方法由 Windows C 代碼轉換而來。
只能讀取未壓縮的 24 位和 8 位圖像。已在
Windows 95 上用 Microsoft Paint 保存的圖像
對它進行了測試。假如圖像不是 24 位或 8 位圖像，
該程序拒絕進行任何嘗試。我猜測假如先用 1100，
然后用 0011 對字節執行掩碼操作，則也可將 4 位
圖像包括在內。我實際上對這些圖像不感愛好。
假如嘗試讀取壓縮圖像，該例程可能失敗，并產生
一個 IOException 異常。假如變量 ncomPRession
不為 0，則表示已經過壓縮。

參數：
     sdir 和 sfile 是 FileDialog 的
     getDirectory() 和 getFile() 方法的結果。

返回值：
     Image 對象，切記要檢查 (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 字節 BITMAPFILEHEADER
     byte bf[]=new byte[bflen];
     fs.read(bf,0,bflen);
     int bilen=40; // 40 字節 BITMAPINFOHEADER
     byte bi[]=new byte[bilen];
     fs.read(bi,0,bilen);

     // 解釋數據。
     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);

     // 查找表明壓縮的非零值
     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 位格式不包含調色板數據，但掃描行被補足到
  // 4 個字節。
  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)
  {
  // 必須確定顏色數。假如 clrsused 參數大于 0，
  // 則顏色數由它決定。假如它等于 0，則根據
  // bitsperpixel 計算顏色數。
  int nNumColors = 0;
  if (nclrused > 0)
      {
      nNumColors = nclrused;
      }
  else
      {
      nNumColors = (1&0xff)<<nbitcount;
      }
  System.out.println("The number of Colors is"+nNumColors);

  // 某些位圖不計算 sizeimage 域，請找出
  // 這些情況并對它們進行修正。
  if (nsizeimage == 0)
      {
      nsizeimage = ((((nwidth*nbitcount)+31) & ~31 ) >> 3);
      nsizeimage *= nheight;
      System.out.println("nsizeimage (backup) is"+nsizeimage);
      }

  // 讀取調色板顏色。
  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;
      }

  // 讀取圖像數據（實際上是調色板的索引）
  // 掃描行仍被補足到 4 個字節。
  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;
}

您已把握了讀取位圖文件的技巧。很輕易對此方法進行擴展，使它能夠讀取單色和 16 色（4 位）格式。

作者簡介
Jeff West 是加州圣地亞哥市的一名工程學研究生。在研究燃燒和火焰擴張的閑暇之余，他沉迷于 Java。