解析png格式的图像

前言

鉴于有人收藏我07年写的博客，是关于解析png格式图像的那一篇。所以我打算再写一篇防止坑你们……

1.图像的内存表示

反复说到计算机中只有二进制表示，那图像如何以二进制表示呢？现在常用的规范是用4个字节表示颜色，分为4个通道ARGB，分别为透明度、红色、绿色、蓝色，这是比较常用的颜色表示方式。还有其他的色彩模型，例如HSV色彩模型，分别为色度、饱和度、纯度。还有HLS色彩模型，为色度、亮度、饱和度。

在绘图库和显示器等层面，能够直接处理的应该是RGB颜色模型。也就是通过3个变量控制最终的颜色（加上透明度是4个），而在显示器上则是1个像素包含3种颜色的灯，控制强度从而呈现不同的颜色（或许实现还有更多细节，也可能是不同的方法）。小时候如果你用眼睛贴到电视上，应该能够发现许多颜色不同的小条。以前低分辨率的手机屏幕也能发现类型的情形，现在之所以看不出来是因为像素点越来越小，不太容易看出来（人通过3种不同的视锥细胞感觉颜色）。真实世界的颜色是原子那么小的，渐变也更加平滑，而显示器的颜色实际是很大一颗一颗的，所以看显示器和看真实世界，背后的区别很大。

一般行业内都用十六进制来表示颜色，前面说了4个字节，1个字节表示1个通道。那么1个字节可表示256个值，用十六进制表示就需要2位。而十六进制用0123456789abcdef十六个符号表示，所以2位十六进制表示范围为[00, ff]，那么一个颜色就需要8位十六进制表示，在代码中一般加前缀0x代表此数字是十六进制。所以颜色可以表示如下：

值	A	R	G	B	颜色
0xff000000	0xff	0x00	0x00	0x00	不透明黑色
0xff00ff00	0xff	0x00	0xff	0x00	不透明绿色
0x66ff00ff	0x66	0xff	0x00	0xff	半透明紫色（红配蓝为紫）
0x00ffffff	0x00	0xff	0xff	0xff	全透明白色

在各种软件中，通过拾色器也能看到颜色代码。如果用十进制表示，则每个分量的范围为[0-255]。用整个十六进制数字表示即可以是6位，如果包含透明通道就是8位，如下图所示：

2.PNG格式

此时我们可以计算一下120*120像素的图像需要多大的空间保存，首先一个像素占4个字节，那么14400个像素就是占57600字节，也就是56.25kb。而一个png格式的图像，120*120的大小实际上，大概占几kb到二十几kb。

PNG格式全称Portable Network Graphics，中文翻译为便携式网络图形，是一种无损压缩位图格式。在不损失图像颜色信息的情况下，压缩保存图像数据。由于能够减小图像保存的大小，所以它才有存在的价值。相比JPEG格式，它是无损的，且带有透明通道，并且是可免费商用的，所以适用于游戏制作，但体积比jpeg略大。

关于PNG格式更详细的数据格式，此处就不展开了，只说怎么用libpng库来读取和保存png格式图像。

3.libpng库

libpng库依赖zlib库，所以需要二者都配置，具体怎么配置，可以参考我的其他文章（不过我现在还没写），也可以参考网上的教程。

4.读取过程

首先包含头文件：

#include <png>
#include <stdio.h>//这里使用C语言的读写文件

先以标准的读文件方式，读取图像文件：

FILE* fp = NULL;
_wfopen_s(&fp, "test.png", L"rb");

接着读取8个字节确认是不是png格式：

        //判断是否为 png 文件size_t number = 8;png_bytep header = new png_byte[number];fread(header, 1, number, fp);bool is_png = !png_sig_cmp(header, 0, number);if (!is_png){fclose(fp);//必须是png文件return NULL;}

创建必要的结构：

        //创建read struct png_structp png_ptr = png_create_read_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING,NULL, NULL, NULL);if (!png_ptr){fclose(fp);return NULL;}//创建图像信息 infopng_infop info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);if (!info_ptr){fclose(fp);return NULL;}//错误处理if (setjmp(png_jmpbuf(png_ptr))){fclose(fp);//失败，则释放前面创建的结构，防止内存泄漏png_destroy_read_struct(&png_ptr, &info_ptr, NULL);return NULL;}

再进行以下步骤，完成后可以关闭文件句柄：

     //设置数据源png_init_io(png_ptr, fp);//表明文件头已处理png_set_sig_bytes(png_ptr, number);//读png 这一步会实际分配内存png_read_png(png_ptr, info_ptr, PNG_TRANSFORM_EXPAND, 0);fclose(fp);

从info结构，可以获取图像的一些信息，其中color_type可以知道是否包含透明通道数据，之后处理需要用到它：

     //从info查询数据unsigned w = png_get_image_width(png_ptr, info_ptr);        //获得图片宽度unsigned h = png_get_image_height(png_ptr, info_ptr);        //获得图片高度int color_type = png_get_color_type(png_ptr, info_ptr);        //获得图片颜色类型

接下来就是读取过程：

         //分配内存保存从png解析出的数据img->_buffer = new DWORD[w*h];//从info 复制到 imagepng_bytep *row_point = NULL;row_point = png_get_rows(png_ptr, info_ptr);int block_size = (color_type == 6 ? 4 : 3);//(A)RGBunsigned pos = 0;for (unsigned x = 0; x < h; ++x)for (unsigned y = 0; y < w*block_size; y += block_size){((unsigned char*)img->_buffer)[pos + 0] = row_point[x][y + 2];//b;((unsigned char*)img->_buffer)[pos + 1] = row_point[x][y + 1];//g((unsigned char*)img->_buffer)[pos + 2] = row_point[x][y + 0];//rif (color_type == 6)((unsigned char*)img->_buffer)[pos + 3] = row_point[x][y + 3];//aelse((unsigned char*)img->_buffer)[pos + 3] = 0xff;//没有透明通道数据，则填充不透明0xffpos += 4;}//释放png内存png_destroy_read_struct(&png_ptr, &info_ptr, NULL);

5.保存到文件

        FILE* fp;png_infop info_ptr;//png_colorpfopen_s(&fp, L"test.png", "wb");if (fp == NULL){//创建文件失败！return;}//初始化pnglib static png_structp png_ptr = NULL;if (!png_ptr)png_ptr = png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING,NULL, NULL, NULL);if (!png_ptr){return;}info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);if (info_ptr == NULL){fclose(fp);return;}//错误处理if (setjmp(png_jmpbuf(png_ptr))){fclose(fp);png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp)NULL);return;}unsigned bit_depth = 8;unsigned pixel_byte = 4;unsigned row_byte = _size.w * pixel_byte;//设置输出控制png_init_io(png_ptr, fp);//设置图像属性png_set_IHDR(png_ptr, info_ptr, _size.w, _size.h, bit_depth,PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA, PNG_INTERLACE_NONE, //交错无PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE, PNG_FILTER_TYPE_BASE);//写头部png_write_info(png_ptr, info_ptr);//获取行指针png_bytepp row_pointers = (png_bytep*)malloc(_size.h*sizeof(png_bytep));for (unsigned x = 0; x < _size.h; ++x){//分配一行row_pointers[x] = (png_bytep)malloc(row_byte);for (unsigned y = 0; y < row_byte; y += pixel_byte){row_pointers[x][y + 2] = ((unsigned char*)_buffer)[x * row_byte + y + 0];row_pointers[x][y + 1] = ((unsigned char*)_buffer)[x * row_byte + y + 1];row_pointers[x][y + 0] = ((unsigned char*)_buffer)[x * row_byte + y + 2];row_pointers[x][y + 3] = ((unsigned char*)_buffer)[x * row_byte + y + 3];/*row_pointers[x][y + 2] =row_pointers[x][y + 1] =row_pointers[x][y + 0] =row_pointers[x][y + 3] = 0xff;*/}}//写入全部png_write_image(png_ptr, row_pointers);//写尾部png_write_end(png_ptr, info_ptr);//释放png内存png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);/* delete[] row_pointers;delete[] image;*/for (unsigned x = 0; x < _size.h; ++x){//释放每行free(row_pointers[x]);}free(row_pointers);fclose(fp);

结语

代码如上，短小精悍。其中错误处理，以及读取的数据处理，就需要自己看情况修改了。

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