音影片入門-12-手動生成一張PNG圖片
- 2019 年 10 月 30 日
- 筆記
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上一篇 【PNG文件格式詳解】詳細介紹了 PNG 文件的格式。
PNG 影像格式文件由一個 8 位元組的 PNG 文件署名域和 3 個以上的後續數據塊（IHDR、IDAT、IEND）組成。
PNG 文件包括 8 位元組文件署名（89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A，十六進位），用來識別 PNG 格式。
數據塊中有 4 個關鍵數據塊：
- 文件頭數據塊 IHDR（header chunk）：包含有影像基本資訊，作為第一個數據塊出現並只出現一次。
- 調色板數據塊 PLTE（palette chunk）：必須放在影像數據塊之前。
- 影像數據塊 IDAT（image data chunk）：存儲實際影像數據。PNG 數據允許包含多個連續的影像數據塊。
- 影像結束數據 IEND（image trailer chunk）：放在文件尾部，表示 PNG 數據流結束。
數據塊連起來，大概這個樣子：
| PNG 標識符 | PNG 數據塊(IHDR) | PNG 數據塊(其他類型數據塊) | … | PNG 結尾數據塊(IEND) |
|---|
目標圖：
生成真彩 PNG 圖片
真彩 PNG 圖片不需要 PLTE 調色板數據塊，IDAT 數據塊中存放的是影像的 RGB 數據。
分析 – 真彩 PNG IDAT 數據塊
以 7X7 解析度為例：
程式碼 – 生成真彩 PNG IDAT 數據塊
// 彩虹的七種顏色 uint32_t rainbowColors[] = { 0XFF0000, // 紅 0XFFA500, // 橙 0XFFFF00, // 黃 0X00FF00, // 綠 0X007FFF, // 青 0X0000FF, // 藍 0X8B00FF // 紫 }; // 生成真彩 PNG 圖片的影像數據塊 IDAT void genRGB24Data(uint8_t *rgbData, int width, int height) { for (int i = 0; i < height; ++i) { // 當前顏色 uint32_t currentColor = rainbowColors[0]; if(i < 100) { currentColor = rainbowColors[0]; } else if(i < 200) { currentColor = rainbowColors[1]; } else if(i < 300) { currentColor = rainbowColors[2]; } else if(i < 400) { currentColor = rainbowColors[3]; } else if(i < 500) { currentColor = rainbowColors[4]; } else if(i < 600) { currentColor = rainbowColors[5]; } else if(i < 700) { currentColor = rainbowColors[6]; } // 當前顏色 R 分量 uint8_t R = (currentColor & 0xFF0000) >> 16; // 當前顏色 G 分量 uint8_t G = (currentColor & 0x00FF00) >> 8; // 當前顏色 B 分量 uint8_t B = currentColor & 0x0000FF; // 每個掃描行前第一個位元組是過濾器類型 rgbData[3*(i*width)+i] = 0x00; for (int j = 0; j < width; ++j) { int currentIndex = 3*(i*width+j)+(i+1); rgbData[currentIndex] = R; rgbData[currentIndex+1] = G; rgbData[currentIndex+2] = B; } } }生成真彩 PNG 完整程式碼
#include <stdio.h> #include <stdint.h> #include <stdlib.h> #include <stdbool.h> #include "zlib.h" // ***** functions in util.c ***** bool isBigEndianOrder(); void genRGB24Data(uint8_t *rgbData, int width, int height); uint32_t switchUint32(uint32_t i); uint32_t calcCrc32(uint32_t dataASCII, uint8_t *data, uint32_t length); typedef struct { uint32_t width; uint32_t height; uint8_t bitDepth; uint8_t colorType; uint8_t compressionMethod; uint8_t filterMethod; uint8_t interlaceMethod; } PNG_IHDR_DATA; int main() { // PNG 圖片尺寸 int width = 700, height = 700; // IDAT 中數據部分長度 uint32_t IDAT_RGB_DATA_LENGTH = width*height*3+height; // PNG 文件包括 8 位元組文件署名（89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A，十六進位），用來識別 PNG 格式。 uint8_t PNG_FILE_SIGNATURE[] = {0x89, 0x50, 0x4E, 0x47, 0x0D, 0x0A, 0x1A, 0x0A}; // IHDR 每個字母對應的 ASCII uint32_t IHDR_ASCII = switchUint32(0x49484452); // IDAT 每個字母對應的ASCII uint32_t IDAT_ASCII = switchUint32(0x49444154); // PNG 文件的結尾 12 個位元組看起來總應該是這樣的：（00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82，十六進位） uint8_t PNG_IEND_DATA[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x49, 0x45, 0x4E, 0x44, 0xAE, 0x42, 0x60, 0x82}; FILE *file = fopen("/Users/staff/Desktop/0-true-color.png", "wb"); // FILE *file = fopen("C:\Users\Administrator\Desktop\0-true-color.png", "wb+"); if (!file) { printf("Could not write filen"); return -1; } // 真彩 PNG 圖片 存儲的是 RGB 數 uint8_t *rgb24Data = (uint8_t *)malloc(IDAT_RGB_DATA_LENGTH); // 填充 IDAT 的 RGB 數據 genRGB24Data(rgb24Data, width, height); // 寫 PNG 文件署名 fwrite(PNG_FILE_SIGNATURE, 1, sizeof(PNG_FILE_SIGNATURE), file); // 準備 IHDR 數據 PNG_IHDR_DATA pngIhdrData; pngIhdrData.width = switchUint32(width); pngIhdrData.height = switchUint32(height); pngIhdrData.bitDepth = 8; pngIhdrData.colorType = 2;// 2：真彩色影像，8或16 6：帶α通道數據的真彩色影像，8或16 pngIhdrData.compressionMethod = 0; pngIhdrData.filterMethod = 0; pngIhdrData.interlaceMethod = 0; // IHDR 數據長度 uint32_t IHDR_DATA_LENGTH = 13; // IHDR 數據長度 轉換成大端位元組序 uint32_t pngIhdrDataSize = switchUint32(IHDR_DATA_LENGTH); // 計算 IHDR CRC32 uint32_t ihdrDataCrc32 = calcCrc32(IHDR_ASCII, (uint8_t *) &pngIhdrData, IHDR_DATA_LENGTH); // 寫 IHDR 數據長度 fwrite(&pngIhdrDataSize, 1, sizeof(pngIhdrDataSize), file); // 寫 IHDR ASCII fwrite(&IHDR_ASCII, 1, sizeof(IHDR_ASCII), file); // 寫 IHDR 數據 fwrite(&pngIhdrData, 1, IHDR_DATA_LENGTH, file); // 寫 IHDR CRC32 fwrite(&ihdrDataCrc32, 1, sizeof(ihdrDataCrc32), file); // zlib 壓縮數據 uint8_t buf[IDAT_RGB_DATA_LENGTH]; // 壓縮後 buf 的數據長度 壓縮完成後就是實際大小了 uint32_t buflen = IDAT_RGB_DATA_LENGTH; // 執行 zlib 的壓縮方法 compress(buf, (uLongf *) &buflen, rgb24Data, IDAT_RGB_DATA_LENGTH); printf("n壓縮前數據長度：%d n壓縮後數據長度為:%d n", IDAT_RGB_DATA_LENGTH, buflen); // 計算 IDAT CRC32 uint32_t idatDataCrc32 = calcCrc32(IDAT_ASCII, buf, buflen); // IDAT 數據長度 轉換成大端位元組序 uint32_t tmpBuflen = switchUint32(buflen); // 寫 IDAT 數據長度 fwrite(&tmpBuflen, 1, sizeof(tmpBuflen), file); // 寫 IDAT ASCII fwrite(&IDAT_ASCII, 1, sizeof(IDAT_ASCII), file); // 寫 IDAT 數據 fwrite(buf, 1, buflen, file); // 寫 IDAT CRC32 fwrite(&idatDataCrc32, 1, sizeof(idatDataCrc32), file); // 寫 IEND 資訊 fwrite(PNG_IEND_DATA, 1, sizeof(PNG_IEND_DATA), file); // 查看位元組序 if(isBigEndianOrder()) { printf("大端位元組序"); } else { printf("小端位元組序"); } // 收尾工作 fflush(file); free(rgb24Data); fclose(file); return 0; }生成索引 PNG 圖片
索引 PNG 圖片必須有 PLTE 調色板數據塊，IDAT 數據塊中存放的是影像的 PLTE 調色板顏色索引數據。
分析 – 索引 PNG IDAT 數據塊
以 7X7 解析度為例：
程式碼 – 生成索引 PNG PLTE 調色板
// 彩虹的七種顏色 uint32_t rainbowColors[] = { 0XFF0000, // 紅 0XFFA500, // 橙 0XFFFF00, // 黃 0X00FF00, // 綠 0X007FFF, // 青 0X0000FF, // 藍 0X8B00FF // 紫 }; /** * 生成索引 PNG 圖片的調色板 PLTE * @param rgbPLTEData */ void genRGBPLTE(uint8_t *rgbPLTEData) { for (int i = 0; i < 7; ++i) { uint32_t currentColor = rainbowColors[i]; // 當前顏色 R 分量 uint8_t R = (currentColor & 0xFF0000) >> 16; // 當前顏色 G 分量 uint8_t G = (currentColor & 0x00FF00) >> 8; // 當前顏色 B 分量 uint8_t B = currentColor & 0x0000FF; int currentIndex = 3*i; rgbPLTEData[currentIndex] = R; rgbPLTEData[currentIndex+1] = G; rgbPLTEData[currentIndex+2] = B; } }程式碼 – 生成索引 PNG IDAT 數據塊
/** * 生成索引 PNG 圖片的影像數據塊 IDAT * @param rgbIndexData * @param width * @param height */ void genRGBIndexData(uint8_t *rgbIndexData, int width, int height) { for (int i = 0; i < height; ++i) { uint8_t currentColorIndex = 0; if(i < 100) { currentColorIndex = 0; } else if(i < 200) { currentColorIndex = 1; } else if(i < 300) { currentColorIndex = 2; } else if(i < 400) { currentColorIndex = 3; } else if(i < 500) { currentColorIndex = 4; } else if(i < 600) { currentColorIndex = 5; } else if(i < 700) { currentColorIndex = 6; } // 每個掃描行前第一個位元組是過濾器類型 rgbIndexData[(i*width)/2+i] = 0x00; for (int j = 0; j < width; ++j) { int currentIndex = (i*width+j)/2+(i+1); int positionInByte = j%2; if(positionInByte == 0) { rgbIndexData[currentIndex] = currentColorIndex << 4; } else { rgbIndexData[currentIndex] += currentColorIndex; } } } }生成索引 PNG 完整程式碼
#include <stdio.h> #include <stdint.h> #include <stdlib.h> #include <stdbool.h> #include "zlib.h" // ***** functions in util.c ***** bool isBigEndianOrder(); void genRGBPLTE(uint8_t *rgbData); void genRGBIndexData(uint8_t *rgbIndexData, int width, int height); uint32_t switchUint32(uint32_t i); uint32_t calcCrc32(uint32_t dataASCII, uint8_t *data, uint32_t length); typedef struct { uint32_t width; uint32_t height; uint8_t bitDepth; uint8_t colorType; uint8_t compressionMethod; uint8_t filterMethod; uint8_t interlaceMethod; } PNG_IHDR_DATA; int main() { // PNG 圖片尺寸 int width = 700, height = 700; // IDAT 中數據部分長度 uint32_t IDAT_INDEX_DATA_LENGTH = width*height/2+height; // PNG 文件包括 8 位元組文件署名（89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A，十六進位），用來識別 PNG 格式。 uint8_t PNG_FILE_SIGNATURE[] = {0x89, 0x50, 0x4E, 0x47, 0x0D, 0x0A, 0x1A, 0x0A}; // IHDR 每個字母對應的 ASCII uint32_t IHDR_ASCII = switchUint32(0x49484452); // PLTE 每個字母對應的ASCII uint32_t PLTE_ASCII = switchUint32(0x504C5445); // IDAT 每個字母對應的ASCII uint32_t IDAT_ASCII = switchUint32(0x49444154); // PNG 文件的結尾 12 個位元組看起來總應該是這樣的：（00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82，十六進位） uint8_t PNG_IEND_DATA[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x49, 0x45, 0x4E, 0x44, 0xAE, 0x42, 0x60, 0x82}; FILE *file = fopen("/Users/staff/Desktop/0-indexed-color.png", "wb"); // FILE *file = fopen("C:\Users\Administrator\Desktop\0-indexed-color.png", "wb+"); if (!file) { printf("Could not write filen"); return -1; } // 紅橙黃綠青藍紫-七種顏色的調色板 7 種顏色 * 每種顏色占 3 位元組 uint8_t *rgbPLTEData = (uint8_t *)malloc(7*3); // 索引 PNG 圖片，IDAT 存儲的是 PLTE 中的圖片索引 uint8_t *rgbIndexData = (uint8_t *)malloc(IDAT_INDEX_DATA_LENGTH); // 填充 紅橙黃綠青藍紫-七種顏色的調色板 genRGBPLTE(rgbPLTEData); // 填充 IDAT 的 PLTE 索引 genRGBIndexData(rgbIndexData, width, height); // 寫 PNG 文件署名 fwrite(PNG_FILE_SIGNATURE, 1, sizeof(PNG_FILE_SIGNATURE), file); // 準備 IHDR 數據 PNG_IHDR_DATA pngIhdrData; pngIhdrData.width = switchUint32(width); pngIhdrData.height = switchUint32(height); pngIhdrData.bitDepth = 4; pngIhdrData.colorType = 3; // 3：索引彩色影像，1，2，4或8 pngIhdrData.compressionMethod = 0; pngIhdrData.filterMethod = 0; pngIhdrData.interlaceMethod = 0; // IHDR 數據長度 uint32_t IHDR_DATA_LENGTH = 13; // IHDR 數據長度 轉換成大端位元組序 uint32_t pngIhdrDataSize = switchUint32(IHDR_DATA_LENGTH); // 計算 IHDR CRC32 uint32_t ihdrDataCrc32 = calcCrc32(IHDR_ASCII, (uint8_t *) &pngIhdrData, IHDR_DATA_LENGTH); // 寫 IHDR 數據長度 fwrite(&pngIhdrDataSize, 1, sizeof(pngIhdrDataSize), file); // 寫 IHDR ASCII fwrite(&IHDR_ASCII, 1, sizeof(IHDR_ASCII), file); // 寫 IHDR 數據 fwrite(&pngIhdrData, 1, IHDR_DATA_LENGTH, file); // 寫 IHDR CRC32 fwrite(&ihdrDataCrc32, 1, sizeof(ihdrDataCrc32), file); // 準備 PLTE 調色板資訊 // PLTE 數據長度 uint32_t PLTE_DATA_LENGTH = 21; // PLTE 數據長度 轉換成大端位元組序 uint32_t pngPlteDataLength = switchUint32(PLTE_DATA_LENGTH); // 計算 PLTE CRC32 uint32_t plteDataCrc32 = calcCrc32(PLTE_ASCII, rgbPLTEData, PLTE_DATA_LENGTH); // 寫 PLTE 數據長度 fwrite(&pngPlteDataLength, 1, sizeof(pngPlteDataLength), file); // 寫 PLTE ASCII fwrite(&PLTE_ASCII, 1, sizeof(PLTE_ASCII), file); // 寫 PLTE 數據 fwrite(rgbPLTEData, 1, PLTE_DATA_LENGTH, file); // 寫 PLTE CRC32 fwrite(&plteDataCrc32, 1, sizeof(plteDataCrc32), file); // zlib 壓縮數據 // buf 用於存放壓縮後的數據 uint8_t buf[IDAT_INDEX_DATA_LENGTH]; // 壓縮後 buf 的數據長度 壓縮完成後就是實際大小了 uint32_t buflen = IDAT_INDEX_DATA_LENGTH; // 執行 zlib 的壓縮方法 compress(buf, (uLongf *) &buflen, rgbIndexData, IDAT_INDEX_DATA_LENGTH); printf("n壓縮前數據長度：%d n壓縮後數據長度為:%d n", IDAT_INDEX_DATA_LENGTH, buflen); // 計算 IDAT CRC32 uint32_t idatDataCrc32 = calcCrc32(IDAT_ASCII, buf, buflen); // IDAT 數據長度 轉換成大端位元組序 uint32_t tmpBuflen = switchUint32(buflen); // 寫 IDAT 數據長度 fwrite(&tmpBuflen, 1, sizeof(tmpBuflen), file); // 寫 IDAT ASCII fwrite(&IDAT_ASCII, 1, sizeof(IDAT_ASCII), file); // 寫 IDAT 數據 fwrite(buf, 1, buflen, file); // 寫 IDAT CRC32 fwrite(&idatDataCrc32, 1, sizeof(idatDataCrc32), file); // 寫 IEND 資訊 fwrite(PNG_IEND_DATA, 1, sizeof(PNG_IEND_DATA), file); // 查看位元組序 if(isBigEndianOrder()) { printf("大端位元組序"); } else { printf("小端位元組序"); } // 收尾工作 fflush(file); free(rgbPLTEData); free(rgbIndexData); fclose(file); return 0; }總結 & 查看
生成真彩 PNG、索引 PNG 圖片之間的區別：
- IHDR 文件頭數據塊中的顏色類型，索引 PNG 顏色類型是
3：索引彩色影像，真彩 PNG 顏色類型是2：真彩色影像。 - PLTE 調色板數據塊，索引 PNG 必須有調色板，真彩 PNG 不需要調色板。
- IDAT 數據塊存儲的數據，索引 PNG 存儲的是調色板顏色的索引，真彩 PNG 存儲的是 RGB 數據。
來看一看純手工打造的 PNG 圖片：
Congratulations!
程式碼：
11-rgb-to-png
參考資料：
Portable Network Graphics (PNG) Specification and Extensions
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