【C】libpng的使用

0xAA55

参考资料：
Writing PNG Images (PNG: The Definitive Guide)
Reading PNG Images (PNG: The Definitive Guide)

我要讲的三个大部分分别是：
1、libpng是什么，能做什么？
2、怎样让自己的程序可以使用libpng库？
3、怎样借助libpng读写PNG文件

1、libpng是什么？
libpng是一款C语言编写的比较底层的读写PNG文件的跨平台的库。借助它，你可以轻松读写PNG文件的每一行像素。
因为PNG文件是经过压缩而且格式复杂的图形文件（有的PNG文件甚至像GIF文件一样带动画效果）
而且PNG可以是带透明通道的真彩色图像、不带透明通道的真彩色图像、索引颜色、灰度颜色等各种格式，如果大家都自己写程序分析PNG文件就会显得很麻烦、很累。因此，通过使用libpng你就能直接使用现成的函数、程序来读写PNG文件了。
注：libpng的官网说，“PNG”这个词的发音是“拼”（ping），而不是“批恩鸡”（pee en gee，也就是直接读字母），也不是其它的单词发音（什么pinj、pig之类的发音）。
但是如果你不是以英语为母语的话（咱都是中国人呢~~）你就不必蛋疼地在意这个发音的问题，直接见人就说“批恩鸡”就行啦。（当我没说）

2、怎样让自己的程序可以使用libpng库？
有很多种方法。
方法1：上网下载libpng的DLL、LIB文件以及头文件，然后在自己的程序里，包含png.h，链接libpng.lib，就可以了。但是这样的话你的程序需要libpng.dll才能运行，而libpng使用了zlib所以可能你还需要zlib.dll才能运行。因此你还需要下载zlib的头文件、lib、DLL。
方法2：直接下载libpng的源码和zlib的源码，然后把.c文件和.h文件都加入到自己的工程里面。这招最好使因为这样便于调试。只是你的程序会很大因为你的程序直接集成了libpng和zlib。
方法3：下载libpng的源码和zlib的源码，自己将其编译为DLL或LIB，然后包含png.h，链接LIB文件，就能使用。不过你如果没编译好也可能会出问题。

3、怎样借助libpng读写PNG文件
首先来讲如何写入PNG文件。
第一步：初始化libpng库。
当你需要读一个PNG文件或者写一个PNG文件的时候，你需要先定义两个结构体指针：

1. png_structp png_ptr=NULL;//libpng的结构体
   
2. png_infop   info_ptr=NULL;//libpng的信息

复制代码

你可以把上面的结构体指针定义为全局变量使用。
每这两个结构体对应一个PNG文件。因此当你要同时操作多个PNG文件的时候，你就需要定义多个png_structp和png_infop来处理这些PNG文件了。
因为是要写文件，所以要这样初始化：

1. int iRetVal;
   
2. png_ptr=png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING,NULL,NULL,NULL);
   
3. if(!png_ptr)
   
4.     goto 错误处理;
   
5. info_ptr=png_create_info_struct(png_ptr);
   
6. if(!info_ptr)
   
7. {
   
8.     png_destroy_write_struct(&png_ptr,NULL);
   
9.     goto 错误处理;
   
10. }
    
11. iRetVal=setjmp(png_jmpbuf(png_ptr));//安装错误处理跳转点
    
12. //当libpng内部出现错误的时候，libpng会调用longjmp直接跳转到这里运行。
    
13. if(iRetVal)//setjmp的返回值就是libpng跳转后提供的错误代码（貌似总是1，但是还是请大家看libpng的官方文档）
    
14. {
    
15.     fprintf(stderr,"错误码：%d\n",iRetVal);
    
16.     goto 错误处理;
    
17. }

复制代码

只要最后png_ptr和info_ptr都不是NULL就行了。否则就算是出错了。
这里可以看到libpng使用了setjmp来做错误处理。有关setjmp的信息请点这里进去看。
这两个结构体有对应的释放函数：png_destroy_write_struct
结束对一个PNG的访问之后，你只需像这样调用这个函数：

1. png_destroy_write_struct(&png_ptr,&info_ptr);

复制代码

就可以了。
接下来打开文件准备写文件。还是大家熟悉的C语言文件流。

1. FILE*fp=fopen("C:\\TEST.PNG","wb");
   
2. if(!fp)
   
3.     goto 错误处理;

复制代码

打开了文件以后，你要让libpng和这个文件流绑定起来，因此你需要调用png_init_io来完成绑定。

1. png_init_io(png_ptr,fp);

复制代码

接下来就是关键的部分了：设置PNG文件的属性、写入PNG文件头、写入PNG文件。

1. //设置PNG文件头
   
2. png_set_IHDR(png_ptr,info_ptr,
   
3.     图像宽度,图像高度,//尺寸
   
4.     8,//颜色深度，也就是每个颜色成分占用位数（8表示8位红8位绿8位蓝，如果有透明通道则还会有8位不透明度）
   
5.     PNG_COLOR_TYPE_RGB,//颜色类型，PNG_COLOR_TYPE_RGB表示24位真彩深色，PNG_COLOR_TYPE_RGBA表示32位带透明通道真彩色
   
6.     PNG_INTERLACE_NONE,//不交错。PNG_INTERLACE_ADAM7表示这个PNG文件是交错格式。交错格式的PNG文件在网络传输的时候能以最快速度显示出图像的大致样子。
   
7.     PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE,//压缩方式
   
8.     PNG_FILTER_TYPE_BASE);//这个不知道，总之填写PNG_FILTER_TYPE_BASE即可。
   
9. png_set_packing(png_ptr);//设置打包信息
   
10. png_write_info(png_ptr,info_ptr);//写入文件头

复制代码

执行完这些语句以后，你会发现libpng已经通过文件流指针fp写入了PNG的文件头。
接下来要做的就是写入PNG的图像信息。其实就是把颜色保存到PNG。
不像恶心的BMP居然有“底到上型”和“顶到下型”之分，PNG只有“顶到下型”，因此你不需要考虑行序。
写图的方法之一是调用png_write_image(png_ptr,行指针数组的指针);这个你不需要考虑交错文件的写入的遍数。
而如果你需要手动写入每一行的数据，你需要调用png_write_row(png_ptr,一行像素的指针);来进行逐行的像素值写入。
如果你设置了交错格式的PNG，你需要多写入几遍图形数据，你需要调用png_set_interlace_handling(png_ptr);来得知你需要写入的遍数。如果你没有设置交错格式的PNG，你只需要写入一遍。

以下文本写给小白。高手请略过。
这里需要详细说明图像是怎么写入的。首先说明一下什么是图像。一个图像，是由一个一个的正方形的小像素点组成的。
每个像素点都有自己的颜色值，用三个字节来表示红色、绿色、蓝色的分量。所有的颜色都是用红绿蓝三基色混合搭配调出来的颜色。
然后对于libpng，图像是一行一行写入到文件的。这里所说的“行”和“列”指的是排列起来的像素点。比如一个图像的宽度是1024像素，高度是768像素，那么这个图像就有768行，每行有1024个像素点。
假设你设置的颜色深度是8，颜色类型是PNG_COLOR_TYPE_RGB，那么你的每个像素点都是由三个字节组成的，这三个字节分别是红色、绿色和蓝色的分量。
而如果颜色类型是PNG_COLOR_TYPE_RGBA，那么你的每个像素点都是由四个字节组成的，这四个字节分别是红色、绿色和蓝色的分量和不透明度。这样的图像才支持透明颜色的显示。
调用png_write_row的方法很简单，就是把一行的像素点的颜色设置好，然后调用它：png_write_row(png_ptr,这行像素的第一个像素在内存中的位置);就可以写入一行。
而调用png_write_image你需要把每一行的像素颜色都设置好，然后建立一个指针数组，这个指针数组的每一个指针都指向每一行的像素。明白吧？

写入好像素以后，调用png_write_end(png_ptr,info_ptr);把文件的结尾写入。
调用png_destroy_write_struct(&png_ptr,&info_ptr);结束对这个PNG文件的访问。
最后fclose(fp);关闭文件。这个时候你会发现，你已经成功地产生了一个PNG文件！而且可以用PS打开了。

读取PNG文件也是类似的步骤，首先你需要初始化libpng库。
你需要先定义两个结构体指针：

1. png_structp png_ptr=NULL;//libpng的结构体
   
2. png_infop   info_ptr=NULL;//libpng的信息

复制代码

你可以把上面的结构体指针定义为全局变量使用。
每这两个结构体对应一个PNG文件。因此当你要同时操作多个PNG文件的时候，你就需要定义多个png_structp和png_infop来处理这些PNG文件了。
因为是要读文件，所以要这样初始化：

1. int iRetVal;
   
2. png_ptr=png_create_read_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING,NULL,NULL,NULL);
   
3. if(!png_ptr)
   
4.     goto 错误处理;
   
5. info_ptr=png_create_info_struct(png_ptr);
   
6. if(!info_ptr)
   
7. {
   
8.     png_destroy_read_struct(&png_ptr,NULL,NULL);
   
9.     goto 错误处理;
   
10. }
    
11. iRetVal=setjmp(png_jmpbuf(png_ptr));//安装错误处理跳转点
    
12. //当libpng内部出现错误的时候，libpng会调用longjmp直接跳转到这里运行。
    
13. if(iRetVal)//setjmp的返回值就是libpng跳转后提供的错误代码（貌似总是1，但是还是请大家看libpng的官方文档）
    
14. {
    
15.     fprintf(stderr,"错误码：%d\n",iRetVal);
    
16.     goto 错误处理;
    
17. }

复制代码

只要最后png_ptr和info_ptr都不是NULL就行了。否则就算是出错了。
这两个结构体有对应的释放函数：png_destroy_read_struct
结束对一个PNG的访问之后，你只需像这样调用这个函数：

1. png_destroy_read_struct(&png_ptr,&info_ptr,NULL);

复制代码

就可以了。
接下来打开文件准备读文件。还是大家熟悉的C语言文件流。

1. FILE*fp=fopen("C:\\TEST.PNG","rb");
   
2. if(!fp)
   
3.     goto 错误处理;

复制代码

打开了文件以后，你要让libpng和这个文件流绑定起来，因此你需要调用png_init_io来完成绑定。绑定之后，你还需要获取PNG的文件头信息。因此你需要调用png_read_info(png_ptr, info_ptr);

1. png_init_io(png_ptr,fp);
   
2. png_read_info(png_ptr, info_ptr);

复制代码

读取了文件头，你就能获取文件头的信息。比如文件尺寸、位深度等。代码如下：

1. png_get_IHDR(png_ptr,info_ptr,&width,&height,&bit_depth,&color_type,NULL,NULL,NULL);

复制代码

有些PNG文件是有背景色的，因此你需要处理这些背景色信息。我们可以用png_get_valid来判断这个PNG是否有背景色信息。png_get_valid(png_ptr,info_ptr,PNG_INFO_bKGD)返回0表示没有背景色信息，返回非零表示有背景色信息。然后我们调用png_get_bKGD来读取背景色。

1. png_color_16p pBackground;
   
2. png_get_bKGD(png_ptr,info_ptr,&pBackground);

复制代码

大家可以看看png_color_16p的原型：

1. typedef struct png_color_16_struct
   
2. {
   
3.     png_byte index;
   
4.     png_uint_16 red;
   
5.     png_uint_16 green;
   
6.     png_uint_16 blue;
   
7.     png_uint_16 gray;
   
8. } png_color_16;

复制代码

如果这个PNG是调色板颜色的位图，那么index表示背景色的调色板颜色序号。
red、green、blue表示背景色的颜色值。如果png_get_IHDR返回的位深度（bit_depth）是16，那么red、green、blue就是16位的颜色值，范围0～65535。（瞬间觉得PNG高大上啊！16+16+16=48，这个比真彩色还要真彩色！屌！）
而如果png_get_IHDR返回的位深度（bit_depth）是8，那么red、green、blue其实都是8位的颜色值，范围0～255，也就是24位真彩色。
接下来就是关键的步骤了，读取颜色数据。
因为有些PNG是灰度色，有些PNG是索引颜色，有些PNG是48位色，总之各种奇葩。为了便于读取，我们应该先规范一下格式。

1. if(colortype==PNG_COLOR_TYPE_PALETTE)
   
2.     png_set_palette_to_rgb(png_ptr);//要求转换索引颜色到RGB
   
3. if(colortype==PNG_COLOR_TYPE_GRAY && bit_depth<8)
   
4.     png_set_expand_gray_1_2_4_to_8(png_ptr);//要求位深度强制8bit
   
5. if(bit_depth==16)
   
6.     png_set_strip_16(png_ptr);//要求位深度强制8bit
   
7. if(png_get_valid(png_ptr,info_ptr,PNG_INFO_tRNS))
   
8.     png_set_tRNS_to_alpha(png_ptr);
   
9. if(colortype == PNG_COLOR_TYPE_GRAY || colortype == PNG_COLOR_TYPE_GRAY_ALPHA)
   
10.     png_set_gray_to_rgb(png_ptr);//灰度必须转换成RGB

复制代码

经过这些设定以后，我们读取的PNG就一律是R8:G8:B8:A8的4字节格式了（红绿蓝透明均为8位，每像素4字节）
然后准备读取PNG。首先分配一个足够大的内存来存储颜色数据，然后分配一个内存来存储颜色数据每行的指针。
因为颜色已经被规范为32位了所以我们可以直接把每个像素当做一个COLORREF变量。

1. ppLinePtrs=(COLORREF**)malloc(g_dwHeight*sizeof(COLORREF*));//列指针
   
2. if(!ppLinePtrs)
   
3.     goto Error;
   
4. i=g_dwHeight;
   
5. y=0;
   
6. while(i--)//逆行序读取，因为位图是底到上型
   
7.     ppLinePtrs[y++]=(COLORREF*)&g_pBits[i*g_dwWidth];

复制代码

这个时候就是万事俱备的时候，只需要调用png_read_image(png_ptr,(png_bytepp)ppLinePtrs);就能完成读取。
读取完以后，调用png_read_end(png_ptr,info_ptr);结束读取，调用png_destroy_read_struct(&png_ptr,&info_ptr,NULL);销毁结构体，然后fclose(fp);就算一切都搞定了。

接下来我会放上两份源码，一份把BMP转换成PNG（支持把两个BMP合体转换成带透明通道的PNG）
而另一份是结合了分层窗体的技术，把PNG当做分层窗体的界面来显示的源码。
效果不错。发张图晒晒。

BMP转PNG：
EXE下载：
BMP2PNG.exe (132 KB, 下载次数: 39)

2014-3-30 10:54 上传

点击文件名下载附件

源码下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

分层窗体：
EXE下载：
LayeredPNG_bin.7z (106.18 KB, 下载次数: 22)

2014-3-30 10:56 上传

点击文件名下载附件

源码下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

如月桃

表示被底部的图片吓到了。。。

0xAA55

如月桃 发表于 2014-3-30 06:09
表示被底部的图片吓到了。。。

233 不要在意细节

0x0208

哈哈，好东西，
论坛的搜索功能果真牛，
谢谢楼主啦

Fluray

楼主喜欢研究细节上的一些问题。

FireCloud

看看，正在找这个

undefined

不知道为什么我读取的png颜色会变得很奇怪,研究一下楼主的源码

// ====================
哎哎? 透明混合竟然是自己算的? 还以为UpdateLayeredWindow会做好混合...

// ====================
被AlphaBlend弄晕了...

是不是这样:

不考虑全局不透明度【SourceConstantAlpha == 255】的情况下,

混合图层 = 背景层(不透明) + 前景层(有Alpha通道)
计算公式:
混合 = 背景*(1 - Alpha) + 前景*Alpha

而winAPI中的AlphaBlend是:
混合 = 背景*(1 - Alpha) + 前景

求解答

// ====================
跪谢楼主,终于能正确显示图片了

undefined

libpng v1.6.10提供了Simplified API,感觉用起来挺方便的.
在这里记录一下.
以下基本来自libpng-manual.txt:

Simplified API隐藏了png_ptr和info_ptr,只需要一个image结构体.

一般image这样初始化:
png_image image;
memset(&image,0,(sizeof image));
image.version = PNG_IMAGE_VERSION; // 必须这么做

我觉得image结构体常用的成员就version,width,height,format,其他成员见manual.txt.

有了image之后,我就可以读取头部信息了:
if (png_image_begin_read_from_file(&image,filename)) {
    // do something...
} else {
    // err
}

成功读取的话,image.width和image.height就可以用了.

接下来读取图像,不过得先指定格式:
image.format = PNG_FORMAT_RGBA;

我觉得常用的PNG_FORMAT_*有:
PNG_FORMAT_RGB
PNG_FORMAT_RGBA
PNG_FORMAT_ARGB
PNG_FORMAT_BGR
PNG_FORMAT_BGRA
PNG_FORMAT_ABGR
都是顾名思义的,不多解释.
不过说一点,bitmap是BGRA格式的.

设置了格式之后,就可以读取了:
if (png_image_finish_read(&image,background,pBits,row_stride,&colormap)) {
    // do something...
} else {
    // err
}

上面用到了background,pBits,row_stride,colormap,我逐个解释一下:
background的类型是png_colorp,一般用不上吧大概,不用的话可以放NULL;
pBits是一个void指针,它指的地址就是用来放读取好的数据的,所以要先分配好足够的空间,
    具体怎么分配,那就看你的格式了,比如BGRA那么就是(4 * w * h)bytes了.
row_stride的类型是int32,解释起来有点麻烦,我就只说常用的:
    读/写大概是一行一行进行的,这个参数指定了怎么组织这些行,
    常见的就上到下逐行扫描和从下到上逐行扫描,
    上到下:设为0就可以了,得到正常的从左到右,从上到下的图像数据.
    下到上:设为-PNG_IMAGE_ROW_STRIDE(image),别忘了前面的负号,
           得到从左到右,从下到上的图像数据.
    注:bitmap是从下到上的.
colormap一般不用,NULL就可以了.

然后就没有然后了

不需要再用image的时候就png_image_free(&image);
不需要再用图像数据的时候就free(pBits);

嗯就这样.

samwolf

正需要这方面的例子，网上挺少的

忘了把你忘掉

这个真的不错哦。

东方演算

谢谢LZ，好人一生平安

gushandujian

谢谢楼主！

gushandujian

谢谢楼主！
咋不能评论？

Euphorix

正在ARM9平台裸机解PNG，学习一下

Euphorix

正在ARM9平台裸机解PNG，学习一下。

Euphorix

正在ARM9平台裸机解PNG，学习一下。

悠悠寒冰

详细好东西，谢谢分享

CodeListing

hello        阿斯顿