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一种解析和处理PDF格式文档的解决方案
李福全，杨俊，满成圆
北京邮电大学计算机科学与技术学院，北京（100876）
E-mail：lfqhaoyun@gmail.com
摘要：本文提出了一个将PDF文件转换成XML格式的解决方案，以使程序设计人员能
够方便地处理PDF文件，将所有PDF文件转换成XML格式，并可进而将XML格式转换
为HTML、WML等格式，来方便PDF文件在传统互联网和移动互联网上的传播，简化对
PDF格式文档的信息收取，自动摘要，全文检索等操作。
关键词：PDF，ppXML格式，easyPDF系统，PDF字体，CMap
中图分类号:TP391文献标识码:A
1.引言
PDF(PortableDocumentFormat)
[1]
由于其排版不受操作系统的影响，不容易受病毒感染
等特点受到了人们的青睐，是政府机构、企业特别是学术界最常用的文档格式之一。PDF
采用二进制流与纯文字混合的编码模式，并且没有采用Unicode等标准字符编码方式，其字
符编码采用Adobe公司内建的编码表（CMap），这使得对PDF的处理更加困难。
目前的PDF文档项目，分为商业用与开源两类。在商业用的工具当中，Adobe公司的
工具是最为成熟的。除了Adobe公司之外，还有许多商业公司开发出各式各样的PDF工具，
例如SolidConvertPDF等。在开源领域，iText
[3]
、Multivalent
[4]
、PDFBox
[5]
、PJX
[6]
、XPDF
[7]
等工具提供一些PDF工具可以将文字、图片等对象从PDF文档中抽出来。
但除了AdobeSDK之外，其他商业工具经常无法将所有的PDF文档正确的转换成纯文
本文件；开源的工具都无法正确的处理中文、日文、韩文等东亚字体，转换后会得到一堆乱
码。另外目前还没有可以将PDF中的字号、位置等信息抽取出来的PDF工具。由此可见，
现有的工具无法满足对PDF文档操作的需要。
本文提出了一种使用Java语言完成的将PDF转换成ppXML格式的解决方
案——easyPDF文档转换系统。该方案可以将文档格式转换为ppXML格式。ppXML是一
种XML文档格式，包含源文档的内容和格式信息，是一种标准化的格式，其设计目标是让
对文档的操作更容易，而不需要理解各种文档的详细结构。ppXML作为一种中间格式，来
解析PDF文档格式的内容，使得PDF文档的信息可以得到重复利用，本系统还提供将ppXML
转换为HTML与WML等格式的功能，使得PDF格式文档不再受限于特定的阅读器，而能
够在互联网终端和移动设备上进行阅读。
本文第二部分介绍了PDF格式的结构和PDF解析器的建立,第三部分给出了easyPDF
方案的系统架构，然后重点讲解了easyPDF对PDF字体的处理过程,最后本文对easyPDF进
行了客观的系统分析和总结。
2.PDF文档格式原理及解析器的构建
PDF文档格式转换的关键之一是要构建PDF文档解析器。根据PDF的格式参考
[1]
可知，
PDF格式里面包含各种内部对象，这些对象来描述PDF文档的各种信息，如文字、图片、
表格等。内部对象的组织关系由PDF的文件结构和文档结构来定义。
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2.1PDF格式的结构简介
PDF的文件结构（即物理结构）包括四个部分：文件头、文件体、交叉引用表和文件
尾。文件头(Header)指明了该文件所遵从PDF规范的版本号，它出现在PDF文件的第一行；
文件体(Body)由一系列的PDF间接对象组成，这些间接对象构成了PDF文件的具体内容；
交叉引用表(Cross-referenceTable)则是为了能对间接对象进行随机存取而设立的一个间接
对象地址索引表；文件尾(Trailer)声明了交叉引用表的地址，指明文件体的根对象(Catalog)，
还保存了加密的安全信息。根据文件尾提供的信息，PDF的应用程序可以控制整个PDF文
件。
PDF的文档结构（即逻辑结构），反映了文件体中间接对象间的等级层次关系。PDF
的文档结构是一种树型结构。树的根节点就是PDF文件的根对象。根节点下有四个子树：
页面树(PagesTree)、书签树(OutlineTree)、线索树(ArticleThreads)、名字树(Named
Destination)。页面树节点是文档页面树的根节点，所有页面对象都在树的叶子节点，树中的
子节点将继承父节点的各属性值作为相应属性的缺省值；书签树中则按树形层次等级关系将
书签（Bookmark）组织起来，书签建立了书签名与一个具体页面上的位置的关联，它使得
用户可以按书签名字来访问文档的内容；线索树是将文章线索以及线索下的各文章块
（ArticleBead），按照树型的结构组织起来进行管理；名字树，它是建立了一种字符串（即
名字）和页面区域的对应关系，树中的各叶子节点保存着字符串及其相应的页面区域，而非
叶子节点则只是一种索引。
2.2构造PDF解析器
PDF的核心是页面描述语言(PageDescriptionLanguage)
[1]
，这是一个以树状结构为主的
语法，树中节点采用类似对象导向的设计。首先初始化文件结构找到文件尾，从文件尾字典
中能得到文件体的根对象偏移地址和交叉引用表的偏移地址。
Catalog是整棵树的根节点，对PDF文档剖析，找到根节点，然后就可以利用Pages信
息找到所有Page对象，从而得到ContentsStream、ResourcesDictionary等内容，从而完成
对整个文档完成解析。其中，Contents代表页面中的内容，其中的Stream记载了每个页面
中的文字、图片等信息，以及这些对象的坐标转换指令，这些指令包含坐标定位、对象旋转、
放大缩小等等与排版有关的转换；Resources该项列出了内容流中用到的资源项，并建立了
一个资源名字与资源对象本身的映射表。这样就完成了PDF解析器的构建。
3.easyPDF系统实现
根据前面介绍的相关原理以及PDF解析器的构造，本为提出了一个解析和转换PDF格
式文档的解决方案easyPDF。.图1为easyPDF系统转换流程图。
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图1easyPDF系统转换流程图
easyPDF转换系统的内部结构如图2所示。PDF文档编辑器负责提供创建、修改和保存
文档的编辑环境。PDF文档解析器负责PDF文档的逻辑结构和数据结构的分析，根据解析
的结果构造文档树。XML解析器负责XML文档的解析和DOM树
【2】
的构造。在PDF文档
转换器中，文档转换过程首先调用源文档树，然后根据转换规则将源文档树转换为目标文档
树，最后将目标文档树写成目标文档并送到相应的编辑环境中或在浏览器中显示。这三个部
分是相对独立的，可以更为深层次的将文档转换过程细化，具有可扩展性，执行过程清晰、
简练。其中文档转换的核心是文档解析器、文档转换器和文档树，文档树包括easyPDF文
档树和DOM树。
如图2所示，解析器建立后，系统将对PDF文档逐页进行虚拟渲染，得到各个页面以
后，通过Page的页面指令我们可以得到页面的ContentsStream，Resources字典等信息，并
按照ContentsStrean中的操作符按照相应的转换规则建立DomTree。
PDF对字体的处理相当复杂，因此，easyPDF对PDF字体处理部分也就成为整个模块
的关键部分和技术，下面详细讲解一下PDF字体方面的解析方法。
图2easyPDF转换系统内部结构图
3.1CMap
CMap是一种字符映射表。CMap记载了各类字码与PDF内码的对应方式，例如：
GB-EUC-H记载了GB2312中文码对应到PDF内码的方式。CMap也指出了写作模式，垂直
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或者是水平，写作模式指定了当显示字形时的渲染方式。
PDF采用的编码集种类非常之多。例如PDF的简体中文编码，就有UniGB-UCS2-H，
UniGB-UCS2-V，GB-EUC-H，GB-EUC-V，GBpc-EUC-H，GBpc-EUC-V，GBK-EUC-H，
GBK-EUC-V，GBK2K-H，及GBK2K-V等字符集，而且还可以将CMap直接内嵌在PDF
文档中成为一个对象，而不需要遵照任何一种编码规则，这些复杂的编码方法增加了PDF
译码的困难度。
3.2PDF字体的一般解析流程
PDF字体解析一般分为两步来进行。
首先根据TextState系列指令获得字体的文本状态属性，如字符间距、单词间距、字体
宽高比、字体渲染模式、根据Tf操作符的FontName条目中得到属性名并从Resource字典
中得到与FontName相映的Font字典及字体字号等；从文本位置系列指令得到字体的坐标
信息及其它一些位置信息；从文本显示系列指令得到字体的字节码及显示的一些其它控制信
息。
然后根据得到的字节码流和Font字典信息对字节码进行解码。解码字节码过程：根据
Font字典中的Encoding信息将文本的字节码流转换为PDF的标准内码CID(Character
Identity)，最后再利用Font字典中的ToUnicode中的包含的CMap信息将CID转换为Unicode
编码，然后将字节码流解码，如此即可抽取出PDF文档中的文字，再利用Font字典中的Font
Descriptors条目中的信息设置字体的其它一些信息如是否斜体、是否加粗等，利用BaseFont
条目得到字体的名称信息（如宋体，楷体等），设定文本的位置，并用渲染器写入ppXML
文件里面。
但在实际中，现存的PDF文件的字体信息并不是每种字体都包含Enconding和ToUnicode
属性，更复杂的情况是Stream的内容通常是压缩过的，在解码Stream之前，必须先检查是
否被压缩过。另一个难以处理的问题是，PDF中的对象并非以树状的层次结构直接储存，
而是以类似超链接的方式所形的树状结构，如何连结并没有限制，这一问题可以通过交叉引
用表的信息来加以控制。
3.3各种字体的解码的异同点
PDF的字体大致分为4种字体TrueType,Type1,Type3,以及Type0字体，前三种字体
又称简单字体，Type0字体又称合成字体
[1]
。这四种字体除了Type1字体和TrueType字体
的字典项目属性基本相同外，其余的几种字体各有其不同的项目属性，必然这些字体的各自
私有的项目属性让不同的字体的解码方式各有差异。Type0字体是最难处理的一种字体，它
的字形由一种类似字体的CIDFont对象得到。Type0字体是一种为高效方便定义多字节编码
以及包含大量字形的字体而定义的，这就使定义中日韩等字体变得可行而有效，但是与此方
便形成鲜明对比的就是其解码过程也就变得相当复杂。
下面来详细说明一下这四种字体解码的相同点和不同点。
相同点：当字体字典包含ToUnicode项目属性时，直接按照ToUnicode项目属性的流对
象将CMap构建出来，利用构建的CMap进行解码。
不同点：当字体字典不包含ToUnicode项目属性的时候，各种字体解码的方式各不相同:
1、简单字体（Type1，Type3，TrueType）解码方法：
A、Endcoding为预定义的的字符集的Name，并按此字符集解码
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B、Encoding为Dictionary类型，则应用其内包含的Difference数组和
BaseFontName进行解码
C、当Encoding属性为空时，采用默认的编码集解码
2、合成字体（Type0）解码方法：
A、Encoding为PredefinedCMap，利用这些CMap进行编码
B、Encoding为Generic（即Name为Identity-H或Identity-V）则根据其
CIDFontInfo选择一种CMap对其进行解码
3、每种字体传入的字节码有LiteralString和HexString之分
[1]
，这两种类型的字节码
的解码区别主要在于解码时解码字节长度的不同。
4、Type3字体的Font字典包含字形显示的信息，需单独予以处理。
4.系统分析
在现有PDF转换工具当中，有些可以将PDF中的文字抽取出来，经过测试(在MS
WindowsXP上)，这些转换工具的在处理各种字体的文件上，测试结果如下：
表1测试结果
软件名称英文转纯文字东亚字体转纯文字输出字号
与坐标信息
SolidConverter
PDF
正常可以、但部分文档转换失
败、没有任何输出
无
iText
无无无
PDFBox
正常东亚字体支持很差无
Multivalent
正常东亚字体全部变乱码无
PJX
正常东亚字体支持很差无
easyPDF
正常正常有
由上表可知，easyPDF的优势在于东亚（CJK）字体的处理，以及字号与坐标信息的提
供上，而且在PDF文档的编辑、浏览、建立与打印上，easyPDF与SolidConverterPDF、iText
等软件相比功能并没有处于劣势。在图片萃取、表格处理、页面大小及排版上easyPDF都
具有领先的优势。
图3,图4分别为转换前的PDF文件和通过easyPDF系统转换后生成的HTML文件例图.
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图3转换前的PDF文件图
图4经过easyPDF系统转换生成的HTML格式例图
5.总结
本文提出了一种纯Java的将PDF文件进行转换的系统.有良好的平台无关性和扩展行，并
且由系统分析可见,虽然在PDF格式处理上,还存在这样那样的问题,通过本文提出的方案,我
们可以提高PDF文档的增值应用,使PDF文件的内容更为方便的来为人所用，同时也可将转
换运用到移动通信领域，带来经济效益。
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参考文献
[1]AdobeSystemsIncorporated.AdobePortableDocumentFormatVersion1.6,AmericanAddisonWesley,2004
[2]蒋悦，吴壮志，赵旭林，怀进鹏.基于文档树的XML文件转换.计算机工程，2003年12月
[3]iText,aFreeJavaPDFLibrary-http://www.lowagie.com/iText/
[4]Multivalent-http://multivalent.sourceforge.net/
[5]PDFBox-http://www.pdfbox.org/
[6]PJX-http://pjx.sourceforge.net/
[7]XPDF-http://www.foolabs.com/xpdf/
ANovelSolutionForParsingAndTransformingPDFFile
LiFuquan，YangJun，ManChengyuan
SchoolofComputerScience&Technology，BeijingUniversityofPostsand
Telecommunications，Beijing(100876)
Abstract:
ThispaperbringsforwardasolutiontoparseandtransformPDFformatfilestoXMLfiles.Basedon
thisscheme,PDFdocumentscanbeoperatedmoreconveniently.AndfromXMLformat,HTMLand
WMLfilescanbetransformedandsentbybothwebandwap.Comparedwithothersolutions,
easyPDFprovidesbetterresultsinpicturesextractionandtablesoperation.
Keywords：PDF，ppXMLformat，easyPDFSystem，PDFFonts，CMap
作者简介：
李福全，男，山东济宁人，北京邮电大学在读硕士研究生，计算机科学与技术专业，研究方
向为计算机应用；
杨俊，男，四川成都人，北京邮电大学计算机网络中心副教授，硕士研究生导师。
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