PNG图像读写及显示

利用C++类实现PNG图像读写及显示（一）

摘要运用libpng库函数，设计了一个可读写PNG格式图像的C++类。同时，在VC++6.0开发平台下，设计出一个基于多文档结构的图像浏览器，实现PNG格式图像的读写及显示。关键词PNG,图像格式，C++，类一、前言PNG是一种可携式网络图像格式(PortableNetworkGraphicFormat，PNG)，其名称来源于非官方的“PNG'sNotGIF”，是一种位图文件(Bitmapfile)存储格式，读成“ping”[1]。在20世纪90年代，GIF已经普遍使用，然而在1995年新年前后，Unisys和CompuServe两家公司突然宣布编程使用GIF均需要向其支付版税，理由是他们拥有LZW压缩算法（GIF格式采用该算法）的版权。付费问题，迫使众多开发人员设计和开发新的用以代替GIF的图像格式。PNG出现的初衷就是为了替代GIF文件格式，避免支付版税。因此，设计PNG时，保留了GIF的众多特性，如（1）使用彩色查找表（也称调色板）可支持256种颜色的彩色图像；（2）流式读/写性能(Streamability)；（3）逐次逼近显示(Progressivedisplay)；（4）透明性(Transparency)；（5）使用无损压缩等。同时，也增加了一些GIF文件格式所不具备的特性,如（1）每个像素为48位的真彩色图像；（2）每个像素为16位的灰度图像；（3）可为灰度图和真彩色图添加α通道；（4）添加图像的γ信息；（5）使用循环冗余码(Cyclicredundancycode，CRC)检测损害的文件；（6）加快图像显示的逐次逼近显示方式；（7）标准的读/写工具包等。目前，PNG已成为国际互网络联盟(WorldWideWebConsortium,W3C)推荐的标准[2]，是互联网中常用的图像格式之一，常见的绘图软件和浏览器均支持PNG图像浏览（其中IE4.0以上版本均支持PNG）。本文利用提供的libpng库[3]，设计一个可读写PNG图像的C++类，同时利用VC++6.0开发平台，通过PNG图像浏览器的实例设计，说明PNG类的使用方法。二、PNG文件结构PNG图像由一个8字节的PNG文件署名(PNGfilesignature)域和按照特定结构组织的3个以上的数据块(Chunk)组成。PNG文件署名域是用来识别该文件是不是PNG文件，如果用十进制数表示，该域的值依此是137,80,78,71,13,10,26,10，（对应的十六进制数为89，50，4e，47，0d，0a，1a，0a）。PNG数据块由表1所示的4个域构成[2]。根据类型的不同，PNG数据块又可分为两种：一种是关键数据块(Criticalchunk)，这是标准的数据块，另一种叫做辅助数据块(Ancillarychunks)，是可选的数据块。其中，关键数据块又定义了4个标准数据块，分别为（1）文件头数据块IHDR(Headerchunk)；（2）调色板数据块PLTE(Palettechunk)；（3）图像数据块IDAT(Imagedatachunk)；（4）图像结束数据IEND(Imagetrailerchunk)。由于篇幅限制，这里只介绍与编程设计最为密切的文件头数据块结构，具体见表2，其他数据块格式可参考文献[2]。表1PNG数据块的结构名称字节数说明Length(长度)4指定数据块中数据域的长度，其长度不超过(231－1)字节ChunkTypeCode(数据块类型码)4数据块类型码由ASCII字母(A-Z和a-z)组成ChunkData(数据块数据)可变长度存储按照ChunkTypeCode指定的数据CRC(循环冗余检测)4存储用来检测是否有错误的循环冗余码

表2文件头数据块的结构名称字节数说明Width(宽度)4图像宽度(单位:像素,0为无效值)Height(长度)4图像高度(单位:像素,0为无效值)Bitdepth(图像深度)1索引彩色图像：1，2，4或8

灰度图像：1，2，4，8或16

真彩色图像：8或16Colortype(颜色类型)10：灰度图像，

2：真彩色图像

3：索引彩色图像

4：带α通道数据的灰度图像6：带α通道数据的真彩色图像Compressionmethod(压缩方法)1显示所用压缩方法，国际标准中只定义了一种方法(method0)Filtermethod(滤波器方法)1滤波器方法Interlacemethod(隔行扫描方法)10：非隔行扫描；1：

Adam7(由Adam

M.

Costello开发的7遍隔行扫描方法三、PNG类设计这一小节我们设计一个名为MyPNG的类，主要功能包括（1）将一幅PNG图像文件读入内存，对应函数为PngLoadImage(constchar*pstrFileName)；（2）将内存中的图像数据保存为PNG图像，对应函数为PngSaveImage(constchar*pstrFileName)；（3）显示PNG图像,对应函数为Draw(CDC*pDC,intnX=0,intnY=0,intnWidth=-1,intnHeight=-1)。通常，Window应用程序中的其他格式的图像显示可通过显示其对应位图实现。由于PNG图像数据的存放格式与位图格式不同，因此为了显示PNG图像，需要将PNG图像数据转换成对应的位图格式数据，类中的成员函数PngToBitmap()就是实现这个功能。此外，显示位图像素数据时，需要知道位图文件信息，因此要将PNG图像的信息(如宽度、高度等)转换成相应位图文件信息，实现该功能的类成员函数为FillBitmapInfo()。于是，可得到MyPNG类的头文件定义：#ifndef_PNG_INC_#define_PNG_INC_#include"png.h"//声明libpng库函数、png相关的结构体等信息的头文件classMyPNG{public: MyPNG(); ~MyPNG(); boolPngToBitmap();//将Png数据区转换到bitmap数据区 boolFillBitmapInfo(); BOOLDraw(CDC*pDC,intnX=0,intnY=0,intnWidth=-1,intnHeight=-1);//显示位图 BOOLPngLoadImage(constchar*pstrFileName);//载入PNG BOOLPngSaveImage(constchar*pstrFileName);//将pPixelBuffer的数据保存PNGpublic: png_structppng_ptr;//libpng定义的结构体指针，存放用于读/写png图像的信息 png_infopinfo_ptr;//libpng定义的结构体指针，存放png文件信息png_byte*pbImage;//存放次序是R-G-B//PNG图像数据,该数据存放规则与位图相反(第一个像素在左下角，自下而上，从左到右)，即第一个像素在左上角(自上而下，从左到右存放)intcxImgSize,cyImgSize;//图像宽度、高度intcImgChannels;//颜色通道//图像深度，索引彩色图像：1，2，4或8;灰度图像：1，2，4，8或16;真彩色图像：8或16intiBitDepth;intiColorType;//颜色类型，0--灰度图像，2--真彩色图像，3--索引彩色图像，4--带α通道数据的灰度图像 //6--带α通道数据的真彩色图像png_colorbkgColor;//背景颜色BITMAPINFOm_bmi;//位图文件信息 BYTE*pPixelBuffer;//存放PNG的位图数据缓存区WORDwImgRowBytes;//每行的字节数};#endif下面是类成员函数的详细定义。类的构造函数用来初始化成员变量信息，析构函数的作用是释放内存空间。MyPNG::MyPNG(){png_ptr=NULL;info_ptr=NULL; pbImage=NULL; pPixelBuffer=NULL; bkgColor.red=127;bkgColor.green=127;bkgColor.blue=127; cxImgSize=0;cyImgSize=0;wImgRowBytes=0;}MyPNG::~MyPNG(){if(pbImage!=NULL)free(pbImage); if(png_ptr!=NULL)free(png_ptr); if(info_ptr!=NULL)free(info_ptr); if(pPixelBuffer!=NULL)deletepPixelBuffer;}利用C++类实现PNG图像读写及显示（二）成员函数PngLoadImage从路径pstrFileName读入PNG图像，并将PNG图像数据转换成位图数据，设置位图信息。如果执行函数成功，返回TRUE，失败则返回FALSE。函数中使用了一个例外处理的宏定义，Try{}Catch(){}；其详细定义在另外一个头文件cexcept.h(libpng例程visupng有该文件定义)，这里不再列举。BOOLMyPNG::PngLoadImage(constchar*pstrFileName){FILE*pfFile;png_bytepbSig[8];doubledGamma;inti;png_color_16*pBackground;png_uint_32ulChannels,ulRowBytes;staticpng_byte**ppbRowPointers=NULL;if(!pstrFileName){pbImage=NULL;returnFALSE;}//文件名指针为空则返回if(!(pfFile=fopen(pstrFileName,"rb"))){pbImage=NULL;returnFALSE;}//打开PNG文件fread(pbSig,1,8,pfFile);//读取8位PNG文件署名if(!png_check_sig(pbSig,8)){pbImage=NULL;returnFALSE;}//检查PNG文件署名png_ptr=png_create_read_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING,NULL,(png_error_ptr)png_cexcept_error,(png_error_ptr)NULL);//创建结构体信息if(!png_ptr){pbImage=NULL;returnFALSE;}//创建失败，返回info_ptr=png_create_info_struct(png_ptr);//创建结构体//创建失败,释放已创建信息，返回falseif(!info_ptr){png_destroy_read_struct(&png_ptr,NULL,NULL);pbImage=NULL;returnFALSE;}Try{#if!defined(PNG_NO_STDIO)png_init_io(png_ptr,pfFile);//初始化png结构体#elsepng_set_read_fn(png_ptr,(png_voidp)pfFile,png_read_data);#endifpng_set_sig_bytes(png_ptr,8);//设置PNG文件署名png_read_info(png_ptr,info_ptr);//读取PNG信息png_get_IHDR(png_ptr,info_ptr,(unsignedlong*)&cxImgSize,(unsignedlong*)&cyImgSize,&iBitDepth,&iColorType,NULL,NULL,NULL);//获取宽度、高度、颜色深度、颜色类型等信息//将图像数据扩展成每个像素由3个8比特组成if(iBitDepth==16)png_set_strip_16(png_ptr);if(iColorType==PNG_COLOR_TYPE_PALETTE)png_set_expand(png_ptr);if(iBitDepth<8)png_set_expand(png_ptr);if(png_get_valid(png_ptr,info_ptr,PNG_INFO_tRNS))png_set_expand(png_ptr);if(iColorType==PNG_COLOR_TYPE_GRAY||iColorType==PNG_COLOR_TYPE_GRAY_ALPHA)png_set_gray_to_rgb(png_ptr);if(png_get_bKGD(png_ptr,info_ptr,&pBackground))//设置背景透明颜色，{png_set_background(png_ptr,pBackground,PNG_BACKGROUND_GAMMA_FILE,1,1.0);bkgColor.red=(byte)pBackground->red;bkgColor.green=(byte)pBackground->green;bkgColor.blue=(byte)pBackground->blue;}else{bkgColor.red=0;bkgColor.green=0;bkgColor.blue=0;}//判断是否需要gamma转换if(png_get_gAMA(png_ptr,info_ptr,&dGamma))png_set_gamma(png_ptr,(double)2.2,dGamma);png_read_update_info(png_ptr,info_ptr);//变换后，需要更新info_ptrpng_get_IHDR(png_ptr,info_ptr,(unsignedlong*)&cxImgSize,(unsignedlong*)&cyImgSize,&iBitDepth,&iColorType,NULL,NULL,NULL);//获取宽度、高度、颜色类型、颜色深度等信息ulRowBytes=png_get_rowbytes(png_ptr,info_ptr);//行字节数ulChannels=png_get_channels(png_ptr,info_ptr);//通道信息cImgChannels=ulChannels; if(pbImage!=NULL){free(pbImage);pbImage=NULL; }//空间已经存在，则先释放空间if((pbImage=(png_byte*)malloc(ulRowBytes*cyImgSize*sizeof(png_byte)))==NULL){png_error(png_ptr,"LoadPNG:Outofmemory");}if((ppbRowPointers=(png_bytepp)malloc(cyImgSize*sizeof(png_bytep)))==NULL)//分配内存空间{png_error(png_ptr,"LoadPNG:Outofmemory");}for(i=0;i<cyImgSize;i++)ppbRowPointers[i]=pbImage+i*ulRowBytes;//设置PNG图像的每行地址png_read_image(png_ptr,ppbRowPointers);//一次读入图像信息png_read_end(png_ptr,NULL);//读取辅助块（additionalchunks）信息free(ppbRowPointers);//释放内存空间ppbRowPointers=NULL;}Catch(msg){png_destroy_read_struct(&png_ptr,&info_ptr,NULL); pbImage=NULL;if(ppbRowPointers)free(ppbRowPointers);fclose(pfFile);returnFALSE;}fclose(pfFile);FillBitmapInfo(); //填充Bitmap信息boolret=PngToBitmap();//将Png图像数据转换成位图数据returnret;}PngSaveImage实现将内存图像数据保存为文件名为pstrFileName的PNG图像，如果执行成功，函数返回TRUE，失败则返回FALSE。BOOLMyPNG::PngSaveImage(constchar*pstrFileName){constintciBitDepth=8,ciChannels=3;FILE*pfFile;png_uint_32ulRowBytes;staticpng_byte**ppbRowPointers=NULL;inti,iWidth,iHeight;iWidth=cxImgSize;iHeight=cyImgSize;if(!pstrFileName)returnFALSE;//文件指针为空则返回if(!(pfFile=fopen(pstrFileName,"wb")))returnFALSE;//创建文件//创建标准的PNG结构信息png_ptr=png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING,NULL,(png_error_ptr)png_cexcept_error,(png_error_ptr)NULL);if(!png_ptr){fclose(pfFile);returnFALSE;}info_ptr=png_create_info_struct(png_ptr);if(!info_ptr){fclose(pfFile);png_destroy_write_struct(&png_ptr,(png_infopp)NULL);returnFALSE;}Try{#if!defined(PNG_NO_STDIO)png_init_io(png_ptr,pfFile);//初始化png结构体信息#elsepng_set_write_fn(png_ptr,(png_voidp)pfFile,png_write_data,png_flush);#endifpng_set_IHDR(png_ptr,info_ptr,iWidth,iHeight,ciBitDepth,PNG_COLOR_TYPE_RGB,PNG_INTERLACE_NONE,PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE,PNG_FILTER_TYPE_BASE);//写入每像素3比特的PNG图像png_write_info(png_ptr,info_ptr);//写入文件头信息png_set_bgr(png_ptr);//将BGR次序转换为RGB次序ulRowBytes=iWidth*ciChannels;//每行的字节数if((ppbRowPointers=(png_bytepp)malloc(iHeight*sizeof(png_bytep)))==NULL)Throw"MyPNG:Outofmemory";//分配内存失败;//设置每行的指针地址for(i=0;i<iHeight;i++)ppbRowPointers[i]=pPixelBuffer+(iHeight-1-i)*(((ulRowBytes+3)>>2)<<2);png_write_image(png_ptr,ppbRowPointers);//一次写入整幅图像png_write_end(png_ptr,info_ptr);//写辅助块信息free(ppbRowPointers);//释放空间ppbRowPointers=NULL;png_destroy_write_struct(&png_ptr,(png_infopp)NULL);//写操作结束，释放空间}Catch(msg){png_destroy_write_struct(&png_ptr,(png_infopp)NULL);if(ppbRowPointers)free(ppbRowPointers);fclose(pfFile);returnFALSE;}fclose(pfFile);returnTRUE;}利用C++类实现PNG图像读写及显示（三）函数Draw主要用来显示PNG图像对应的位图图像，通过指定宽度和高度，可实现图像的缩放显示。该函数主要为VC++应用程序编写。BOOLMyPNG::Draw(CDC*pDC,intnX,intnY,intnWidth,intnHeight){if(nWidth==-1) nWidth=cxImgSize;if(nHeight==-1) nHeight=cyImgSize; StretchDIBits(pDC->m_hDC,nX,nY,nWidth,nHeight,0,0,cxImgSize,cyImgSize,pPixelBuffer,&m_bmi,BI_RGB,SRCCOPY);returntrue;}成员函数FillBitmapInfo的功能是根据PNG图像大小设置位图信息，为显示图像做准备。boolMyPNG::FillBitmapInfo()//给变量m_bmi(位图信息头)赋值{ m_bmi.bmiHeader.biSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER); m_bmi.bmiHeader.biHeight=cyImgSize; m_bmi.bmiHeader.biWidth=cxImgSize; m_bmi.bmiHeader.biPlanes=1; m_bmi.bmiHeader.biBitCount=24; m_bmi.bmiHeader.biCompression=0; returntrue;}成员函数PngToBitmap主要实现将PNG图像数据转换成位图图像数据。boolMyPNG::PngToBitmap(){BYTE*src,*dst;BYTEr,g,b,a;constintcDIChannels=3;WORDwDIRowBytes;intxImg,yImg;if(pPixelBuffer!=NULL){deletepPixelBuffer;pPixelBuffer=NULL; }//空间已分配则先释放wImgRowBytes=cImgChannels*cxImgSize;//每行的字节数wDIRowBytes=(WORD)((cDIChannels*cxImgSize+3L)>>2)<<2;pPixelBuffer=newBYTE[wDIRowBytes*cyImgSize];//分配内存空间if(pPixelBuffer==NULL){ AfxMessageBox("PNGtoBitmap:Outofmemory.");returnfalse;}//分配失败则返回for(yImg=0;yImg<cyImgSize;yImg++)//拷贝图像数据 { src=pbImage+yImg*wImgRowBytes; dst=pPixelBuffer+(cyImgSize-yImg-1)*wDIRowBytes;//+cxImgPos*cDIChannels; for(xImg=0;xImg<cxImgSize;xImg++) {r=*src++;g=*src++;b=*src++; *dst++=b;*dst++=g;*dst++=r;//位图的次序为BGR，PNG的次序为RGB if(cImgChannels==4){a=*src++;}//通道信息跳过 } } returntrue;}利用C++类实现PNG图像读写及显示（四）四、实例设计在设计实例前，先准备好相关的库。PNG文件的读写库为libpng，由于PNG用到LZ77派生压缩算法，因此，编译读写库时，libpng需要连接zlib库[4]，这两个库的源代码可在文献[3]和文献[4]中获得。下面开始讲解如何应用VC++6.0设计PNG图像浏览器。第一步：建立一个名为PngImage的多文档框架应用程序，其View类选择继承于CScrollView。第二步：在应用程序CPngImageApp的初始化函数InitInstance()中，加入以下代码cmdInfo.m_nShellCommand=CCommandLineInfo::FileNothing;该代码位于ParseCommandLine(cmdInfo)后，目的是使程序启动时，不打开新的空白文档。同时将字符串IDR_PNGIMATYPE修改为“\nPNG\nPNG\nPNG(*.png)\n.png\nPNG.Document\nPNGDocument”，目的是打开文件时，默认的文件对话框只显示后缀名为PNG文件。第三步：从libpng库和zlib库中，选择以下文件，将他们添加到PngImage项目中。pngconf.h,png.h,libpng.lib,cexcept.h,zlib.lib,zlib.h,zconf.h同时，将第三节设计的MyPNG类也添加到项目中。第四步：为文档类CPngImageDoc添加公有成员变量MyPNGm_png,并改写OnOpenDocument函数，具体如下：BOOLCPngImageDoc::OnOpenDocument(LPCTSTRlpszPathName){if(!CDocument::OnOpenDocument(lpszPathName))returnFALSE;BOOLret=m_png.PngLoadImage((constchar*)lpszPathName); returnret; }重写文档类的虚函数OnSaveDocument，具体如下：BOOLCPngImageDoc::OnSaveDocument(LPCTSTRlpszPathName){BOOLret=m_png.PngSaveImage((constchar*)lpszPathName);if(ret==TRUE) AfxMessageBox("保存成功!");elseAfxMessageBox("保存失败!"); returnret;}同时，为菜单IDR_PNGIMATYPE中的“另存为”添加消息映射，具体代码如下：voidCPngImageDoc::OnFileSaveAs(){ BOOLret; staticcharBASED_CODEszSaveFilter[]="PNG(*.png)|*.png||"; //过滤文件 //创建文件保