BMP图像存储（Java实现）

作为一名开发人员，我在研究如何在Java中实现BMP图像存储时遇到了许多挑战。本文将详细解释BMP图像的存储方式，并提供相应的代码实现。

一、24色位图的存储结构

BMP文件的存储结构可以分为以下几个部分：

BMP文件头

包含指示BMP文件类型的标记 (82 4D) 和文件大小信息。

位图信息头

包含位图的宽度、高度、颜色数以及像素信息等参数。

颜色索引表

存储使用的颜色数组，这部分与实际使用的颜色数有关。

位图数据

存储实际的像素数据。

二、24色位图的代码实现

1. BMP文件头代码详解

文件头是存储标记和文件大小的关键部分。以下是实现代码：

public void saveBMP(BufferedOutputStream ops) throws IOException {
    ops.write('B'); // 标记 B
    ops.write('M'); // 标记 M
    int size = 14 + 40 + height * width * 3 + ((4 - (width * 3 % 4)) * height); // 文件总大小
    writeInt(ops, size);
    writeShort(ops, (short) 0); // 信息偏移量
    writeShort(ops, (short) 0); // 单位偏移量
    writeInt(ops, 54); // 偏移量指向图像数据区
}

size计算
公式解析：
- 14：文件头大小
- 40：位图信息头大小
- height * width * 3：每个像素占3字节（红、绿、蓝），总字节数
- ((4 - (width * 3 % 4)) * height)：比特补充部分（确保每行的字节数为4的倍数）

2. 位图信息头代码详解

位图信息头包含了位图的宽度、高度以及颜色信息。

public void savebmpInfo(BufferedOutputStream ops) throws IOException {
    writeInt(ops, 40); // 位图信息头大小
    writeInt(ops, width); // 位图宽度
    writeInt(ops, height); // 位图高度
    writeShort(ops, (short) 1); // 颜色数
    writeShort(ops, (short) 24); // 像素数
    writeInt(ops, 0); // 无压缩信息
    writeInt(ops, size - 54); // 偏移量指向颜色索引表
    writeInt(ops, 0); // 水平分辨率（缺省）
    writeInt(ops, 0); // 垂直分辨率（缺省）
    writeInt(ops, 2); // 当前使用的颜色索引数
    writeInt(ops, 2); // 当前使用的颜色索引数
}

3. 位图数据存储代码详解

位图数据是存储像素信息的核心部分。

public void savebmpData(BufferedOutputStream ops) throws IOException {
    int m = 4 - (width * 3 % 4);
    if (m > 0) {
        System.out.println("补充字节数：" + m);
    }
    int[][] imgData = new int[width][height];
    for (int i = 0; i < width; i++) {
        for (int j = 0; j < height; j++) {
            imgData[i][j] = image.getRGB(i, j); // 获取像素颜色值
        }
    }
    for (int i = height - 1; i >= 0; i--) {
        for (int j = 0; j < width; j++) {
            int t = imgData[j][i];
            writeColor(ops, t);
        }
    }
    for (int k = 0; k < m; k++) {
        ops.write(0);
    }
}

三、问题与解决

在实现过程中，主要遇到的问题包括：

文件大小计算错误

最终确认文件大小必须包含所有部分，避免遗漏。

颜色写入顺序问题

确保颜色的红、绿、蓝分量按正确顺序写入文件。

比特补充处理不当

需要确保每行的字节数符合4字节的倍数要求。

四、单色位图的存储

单色位图与24色位图的主要区别在于颜色索引表的存在。以下是实现代码：

public void saveBMP(BufferedOutputStream ops) throws IOException {
    ops.write('B');
    ops.write('M');
    int size = 14 + 40 + 8 + (height * width);
    writeInt(ops, size);
    writeShort(ops, (short) 0);
    writeShort(ops, (short) 0);
    writeInt(ops, 62);
}

五、代码工具与配套方法

为了提高开发效率，可以编写以下工具方法：

private void writeShort(BufferedOutputStream ops, short t) throws IOException {
    int c = (t >> 8) & 0xff;
    int d = t & 0xff;
    ops.write(d);
    ops.write(c);
}
private void writeInt(BufferedOutputStream ops, int t) throws IOException {
    int a = (t >> 24) & 0xff;
    int b = (t >> 16) & 0xff;
    int c = (t >> 8) & 0xff;
    int d = t & 0xff;
    ops.write(d);
    ops.write(c);
    ops.write(b);
    ops.write(a);
}
private byte[] divide(int num) {
    byte[] bytes = new byte[4];
    bytes[0] = (byte) (num & 0xff);
    bytes[1] = (byte) ((num >> 8) & 0xff);
    bytes[2] = (byte) ((num >> 16) & 0xff);
    bytes[3] = (byte) ((num >> 24) & 0xff);
    return bytes;
}
private int toGray(int t) {
    int r = (t >> 16) & 0xff;
    int g = (t >> 8) & 0xff;
    int b = t & 0xff;
    int gray = (int) (r * 0.3 + g * 0.59 + b * 0.11);
    return gray;
}