极简的 PNG 编码函数 svpng()，用来学习C语言，真的很爽

向右看齐 2022-10-19 00:58 200阅读 0赞

这个是在知乎上看到的大神写的文章，如果是学习C语言入门的，我觉得可以从这个入手，特别是对图像感兴趣的。

文章中提到的「我」，指的是「Milo Yip」大神。

**1. 什么是png格式图片？**

相对地，PNG（Portable Network Graphics）就是一个广为人知的图片格式。如果可以把影像直接储存成 PNG，不是更理想么？

然而，在 C/C++ 中写入 PNG 一般需要链接一些程序库，例如 PNG 的标准参考程序库是 libpng。它很强大，支持 PNG 所有功能，但对于初学者而言，配置、编译并学习如何使用这些程序库，可能已足够打消动手的念头。

**可以简单一点么？**

## 2. svpng ##

为此，我在周末尝试写一个极简的 C 函数 Github miloyip/svpng（save PNG 的缩写），它仅能写入 24-bit RGB 或 32-bit RGBA、无压缩的 PNG。它只有一个 32 行代码的函数。

github地址：

> https://github.com/miloyip/svpng

用法如下：

#include "svpng.inc"
    
    void test_rgb(void) {
        unsigned char rgb[256 * 256 * 3], *p = rgb;
        unsigned x, y;
        FILE *fp = fopen("rgb.png", "wb");
        for (y = 0; y < 256; y++)
            for (x = 0; x < 256; x++) {
                *p++ = (unsigned char)x;    /* R */
                *p++ = (unsigned char)y;    /* G */
                *p++ = 128;                 /* B */
            }
        svpng(fp, 256, 256, rgb, 0);
        fclose(fp);
    }

就会输出这个 rgb.png 文件：

![84be98ee595b0759f5f19b7e1569526e.png][]

这个函数的声明很简单，缺省配置下是这样的：

/*!
        \brief 以 PNG 格式存储 RGB/RGBA 影像
        \param out 输出流（缺省使用 FILE*）。
        \param w 影像宽度。(<16383)
        \param h 影像高度。
        \param img 影像像素数据，内容为 24 位 RGB 或 32 位 ARGB 格式。
        \param alpha 影像是否含有 alpha 通道。
    */
    void svpng(FILE* out, unsigned w, unsigned h, const unsigned char* img, int alpha);

相信这样的函数时使对初学者而言，也极易使用。也不需要另外生成程序库，只要复制到项目便可使用。

## 3. 代码实现 ##

这里简单介绍实现要点，对此没兴趣的读者也可略过。

根据 Portable Network Graphics (PNG) Specification (Second Edition) 「www.w3.org」，PNG 文件由多个 chunk 组成。每个 chunk 的类型以 4 个字符表示。最基本的 PNG 文件内容是：

*  8 字节 magic number：用于识别 PNG 格式
 *  IHDR（Image Header） chunk：描述影像的维度、色彩深度、色彩格式、压缩类型等
 *  IDAT（Image Data）chunk：存储影像的像素数据  
    
 *  IEND（Image End）chunk：PNG数据流结束

**每个 chunk 的结构是：**

*  chunk 内容长度（4 字节）
 *  chunk 类型（4 字节）
 *  chunk 内容
 *  chunk 的 CRC（包括类型和内容）

PNG 里的数据是以大端（big endian）编码的，但在 IDAT 中，每个 block 的长度则以小端存储。另外，实现的难点之一，是要同时实现 CRC-32 及 Adler-32 校验和（checksum）的生成。

编码实现如下（文字版请移玉步至 svpng.inc）：

![16fd0362e7fbaf736bf3c8af6b9fa138.png][]

为了减少代码大小，使用宏去避免加入多个函数。另外，为了简化实现，把每一行像素写成一个 block，这样可能会浪费一点空间，但对于这函数而言也不是问题。

## 4. 结语 ##

本文介绍了一个极简的 C 函数 svpng，方便在 C/C++ 中把图像存储成 PNG 文件，并简介了当中的实现。希望读者能利用此函数，进入计算机图形学之门。

===

文中的 inc 而不是.h，是因为inc 是对方法的实现，而不是简单的声明。

unsigned char rgb\[256 \* 256 \* 3\] ，可能有的人不明白为什么数组要这样声明，一个像素点是通过\{R,G,B\}三色值表示的，所以后面有一个3，但是一张图片，是包含有长和宽的，也就是前面的256\*256，就是这张图片的长和宽。实际上的图片是这样排列的 \{ R, G, B, R, G, B, ... \} 的形式，从上至下，左至右。

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