说明:本文节选自我主页上的一篇文章,原文介绍了1)
Wave 文件的格式、2)读取 Wave 文件内容,并显示文件的基本信息、3)压缩库 zlib 的安装与简单应用、4)PNG 库 libpng
的安装、5)使用 libpng 生成 PNG 文件、6)绘制 Wave
文件的波形,这里只截取3、4、5这三部分内容。本文涉及的源码可从我的主页下载(http://www.)。 PNG 格式的图片在网络上非常流行,几乎所有浏览器都支持这种格式。PNG 代表 Portable Network Graphics——可移植网络图形格式。我偏爱 PNG 图片的另一个原因是,在 LaTeX 生成的 PDF 文件中,可以直接嵌入 PNG 文件。PNG 与 GIF 类似,是无损压缩的光栅图形格式。与 GIF 文件不同,编写生成 PNG 文件的软件不需要支付任何版权费用。因此,PNG 的非官方名称为 Png's Not Gif,够搞笑,是吧? 尽管 PNG 文件的格式并不复杂,我还是决定用一套现成的程序库来读写它,不要总是自己重新发明轮子嘛。我们先来看看怎么安装使用 PNG 文件的官方程序库——libpng 和 zlib。常见的 Linux 系统都配备了这两个程序库,因此我只打算介绍在 Windows 下的安装方法。 zlib 的安装 libpng 是一套免费的、公开源代码的程序库,支持对 PNG 图形文件的创建、读写等操作。libpng 使用 zlib 程序库作为压缩引擎,zlib 也是著名的 gzip (GNU zip) 所采用的压缩引擎。 我们首先安装zlib,从其官方网站下载最新的源程序,不妨假设文件名是zlib-1.1.4.tar.gz。网址:http://www./zlib/。 在 D:\ 建立 libpng 目录,将 zlib-1.1.4.tar.gz 释放到这个目录。尽管没有合适的makefile,我们仍然可以直接编译链接 zlib.lib: D:\libpng\zlib-1.1.4>bcc32 -c -O2 -6 -w-8004 -w-8057 -w-8012 *.c Borland C++ 5.5.1 for Win32 Copyright (c) 1993, 2000 Borland adler32.c: compress.c: crc32.c: deflate.c: example.c: gzio.c: infblock.c: infcodes.c: inffast.c: inflate.c: inftrees.c: infutil.c: maketree.c: minigzip.c: trees.c: uncompr.c: zutil.c: D:\libpng\zlib-1.1.4>tlib zlib.lib +adler32.obj +compress.obj +crc32.obj +deflate.obj +gzio.obj +infblock.obj +infcodes.obj +inffast.obj +inflate.obj +inftrees.obj +infutil.obj +maketree.obj +trees.obj +uncompr.obj +zutil.obj TLIB 4.5 Copyright (c) 1987, 1999 Inprise Corporation 注意,在 tlib 的命令行中,没有 example.obj 和 minigzip.obj。接下来,测试 zlib.lib 是否编译成功,执行: D:\libpng\zlib-1.1.4>bcc32 minigzip.obj zlib.lib Borland C++ 5.5.1 for Win32 Copyright (c) 1993, 2000 Borland Turbo Incremental Link 5.00 Copyright (c) 1997, 2000 Borland D:\libpng\zlib-1.1.4>bcc32 example.obj zlib.lib Borland C++ 5.5.1 for Win32 Copyright (c) 1993, 2000 Borland Turbo Incremental Link 5.00 Copyright (c) 1997, 2000 Borland D:\libpng\zlib-1.1.4>example uncompress(): hello, hello! gzread(): hello, hello! gzgets() after gzseek: hello! inflate(): hello, hello! large_inflate(): OK after inflateSync(): hello, hello! inflate with dictionary: hello, hello! 执行 example.exe,看见“hello, hello!”,表明生成的 zlib.lib 是好的。 zlib 是通用的压缩库,提供了一套 in-memory 压缩和解压函数,并能检测解压出来的数据的完整性(integrity)。zlib 也支持读写 gzip (.gz) 格式的文件。下面介绍两个最有用的函数——compress 和 uncompress。 int compress(Bytef *dest, uLongf *destLen, const Bytef *source, uLong sourceLen); compress函数将 source 缓冲区中的内容压缩到 dest 缓冲区。 sourceLen 表示source 缓冲区的大小(以字节计)。注意函数的第二个参数 destLen 是传址调用。当调用函数时,destLen表示 dest 缓冲区的大小,destLen > (sourceLen + 12)*100.1%。当函数退出后,destLen 表示压缩后缓冲区的实际大小。此时 destLen / sourceLen 正好是压缩率。 compress 若成功,则返回 Z_OK;若没有足够内存,则返回 Z_MEM_ERROR;若输出缓冲区不够大,则返回 Z_BUF_ERROR。 int uncompress(Bytef *dest, uLongf *destLen, const Bytef *source, uLong sourceLen); uncompress 函数将 source 缓冲区的内容解压缩到 dest 缓冲区。sourceLen 是 source 缓冲区的大小(以字节计)。注意函数的第二个参数 destLen 是传址调用。当调用函数时,destLen 表示 dest 缓冲区的大小, dest 缓冲区要足以容下解压后的数据。在进行解压缩时,需要提前知道被压缩的数据解压出来会有多大。这就要求在进行压缩之前,保存原始数据的大小(也就是解压后的数据的大小)。这不是 zlib 函数库的功能,需要我们做额外的工作。当函数退出后, destLen 是解压出来的数据的实际大小。 uncompress 若成功,则返回 Z_OK ;若没有足够内存,则返回 Z_MEM_ERROR;若输出缓冲区不够大,则返回 Z_BUF_ERROR。若输入数据有误,则返回 Z_DATA_ERROR。 zlib 带的 example.c 是个很好的学习范例,值得一观。我们写个程序,验证 zlib 的压缩功能。所写的测试程序保存为 testzlib.cpp ,放在 zlib-1.1.4 目录下。程序源代码: // testzlib.cpp 简单测试 zlib 的压缩功能 #include #include #include #include "zlib.h" using namespace std; int main() { int err; Byte compr[200], uncompr[200]; // big enough uLong comprLen, uncomprLen; const char* hello = "12345678901234567890123456789012345678901234567890"; uLong len = strlen(hello) + 1; comprLen = sizeof(compr) / sizeof(compr[0]); err = compress(compr, &comprLen, (const Bytef*)hello, len); if (err != Z_OK) { cerr << "compess error: " << err << '\n'; exit(1); } cout << "orignal size: " << len << " , compressed size : " << comprLen << '\n'; strcpy((char*)uncompr, "garbage"); err = uncompress(uncompr, &uncomprLen, compr, comprLen); if (err != Z_OK) { cerr << "uncompess error: " << err << '\n'; exit(1); } cout << "orignal size: " << len << " , uncompressed size : " << uncomprLen << '\n'; if (strcmp((char*)uncompr, hello)) { cerr << "BAD uncompress!!!\n"; exit(1); } else { cout << "uncompress() succeed: \n" << (char *)uncompr; } } 编译执行这个程序,输出应该是 D:\libpng\zlib-1.1.4>bcc32 testzlib.cpp zlib.lib D:\libpng\zlib-1.1.4>testzlib orignal size: 51 , compressed size : 22 orignal size: 51 , uncompressed size : 51 uncompress() succeed: 12345678901234567890123456789012345678901234567890 libpng 的安装 接下来,安装 libpng 的过程要稍微轻松些。先下载最新的 libpng 程序库源文件。网址是http:///projects/libpng/或http://www./pub/png/。不妨设下载的文件是 libpng-1.2.5.tar.gz,将这个文件释放到D:\libpng\。 修改D:\libpng\libpng-1.2.5\scripts\makefile.bc32,这是为Borland C++ 32-bit 版准备的 makefile。将第12行的ZLIB_DIR=..\zlib改为ZLIB_DIR=D:\mylibs,再将第20行的#TARGET_CPU=6前的井号(#)去掉。然后执行 D:\libpng\libpng-1.2.5>make -fscripts\makefile.bc32 MAKE Version 5.2 Copyright (c) 1987, 2000 Borland D:\libpng\libpng-1.2.5>pngtest Testing libpng version 1.2.5 with zlib version 1.1.4 . . . PASS (9782 zero samples) . . . libpng passes test 看到“9782 zero samples”字样,表明 libpng 安装成功。新生成的 pngout.png应该与原有的 pngtest.png 完全一样。将 png.h、pngconf.h 连同编译生成的libpng.lib 一起拷贝到D:\mylibs\。 生成 PNG 文件 我们自己写一两个程序来测试 libpng 生成 PNG 文件的功能。testpng1.cpp 生成灰度(gray)图象;testpng2.cpp 生成256色图象,其中调色盘(palette)有多种配置。这两个程序生成的图片文件分别展示于图1和图2中。编译参数为: bcc32 -Id:\mylibs -Ld:\mylibs testpng1.cpp libpng.lib zlib.lib 为了日后使用方便,我把D:\mylibs\ 加入到 BCC 5.5 的 include 搜索路径和 lib 搜索路径中。 testpng1.cpp 和 testpng2.cpp 的差别在png_set_IHDR这行,前一个是png_set_IHDR(png_ptr, info_ptr, width, height, 8, PNG_COLOR_TYPE_GRAY, ...);,
libpng 带的 example.c 是很好的学习范例。使用 libpng 时,先要 include png.h。这个头文件包含了 libpng 自定义的许多类型,如程序中出现的 png_struct、png_info 等等,前者是 libpng 内部使用的结构体,后者用来表示某个 PNG 文件的相关信息。 编写生成PNG的程序先声明几个必要的变量,其中 png_structp 就是 png_struct* : FILE *fp; png_structp png_ptr; png_infop info_ptr; png_colorp palette; 然后以 binary write 方式打开欲写入的 PNG 文件。 fp = fopen(filename.c_str(), "wb"); 欲使用 libpng ,先分配并初始化 png_struct : png_ptr = png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL); 然后以 png_ptr 为参数初始化 info_ptr 。以后用 png_get_*() 或 png_set_*() 函数来读取或设置 PNG 文件的属性。 info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr); 设置错误处理方式,也可以在第6行指定处理错误的 callback 函数。 if (setjmp(png_jmpbuf(png_ptr))) { // . . . } 接下来告诉 libpng 用 fwrite 来写入 PNG 文件,并传给它已按二进制方式打开的 FILE* fp : png_init_io(png_ptr, fp); 设置 PNG 文件的基本属性,如高度、宽度、色深(单色、16色、256色或真彩色)、色彩类型(灰度、调色板、RGB)等等。这里我们生成一个256 (28=256)色、采用调色板(PNG_COLOR_TYPE_PALETTE )的 PNG 文件。 const int width = 120; const int height = 512; png_set_IHDR(png_ptr, info_ptr, width, height, 8, PNG_COLOR_TYPE_PALETTE, PNG_INTERLACE_NONE, PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE, PNG_FILTER_TYPE_BASE); 接下来设置调色板,先分配空间。常数 PNG_MAX_PALETTE_LENGTH 的值是256: palette = (png_colorp)png_malloc(png_ptr, PNG_MAX_PALETTE_LENGTH * sizeof (png_color)); 这里的 png_color 表示调色板中某一种颜色的 RGB 分量。 typedef struct png_color_struct { png_byte red; png_byte green; png_byte blue; } png_color; 然后用自己写的 set_palette 函数设置调色板。 set_palette(palette, RED_BLACK); set_palette 函数能生成三种类型的调色板, GRAY 灰度、 RED_BLACK 红与黑、 SPECTRUM 频谱。 其中生成 GRAY 调色板的代码是: for (int i = 0; i < PNG_MAX_PALETTE_LENGTH; ++i ) { palette[i].red = palette[i].green = palette[i].blue = i; } 告诉 libpng 采用我们准备好的调色板,并写 PNG 文件的头部。 png_set_PLTE(png_ptr, info_ptr, palette, PNG_MAX_PALETTE_LENGTH); png_write_info(png_ptr, info_ptr); 在这些准备工作做完之后,进入最关键的一步——绘制图片内容,这里我们只是依次使用调色板的各种颜色来绘制水平直线。我们准备足够大的一块内存 image 来表示整幅图像中的所有点,这些点按从左到右,从上到下的顺序排列。注意,PNG 文件是行优先,在写入 PNG 文件时,不用告诉它整幅图形在哪,只要告诉它每一行(由数组 row_pointers 表示)在哪就行了。所以如果图像中某些行是相同的,就可以让行指针 row_pointer 重复指向这些行的地址,这样能节省内存空间。我写的这个程序没有采用这个办法,必尽内存不是什么大问题。 png_uint_32 k; png_byte image[height][width]; png_bytep row_pointers[height]; for (k = 0; k < height; k++) { memset(image[k], k / 2, width); row_pointers[k] = image[k]; } 接下来一次写入整幅图像,是最省力的办法: png_write_image(png_ptr, row_pointers); 末了,进行必要的扫尾工作: png_write_end(png_ptr, info_ptr); png_free(png_ptr, palette); png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr); fclose(fp); 至此,大功告成。 |
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