深入探究libpng

一、libpng是什麼？

libpng是一種免費的、開源的、小型的、可移植的並且支持靈活配置的PNG圖像文件處理庫。它可以讀寫PNG文件並且提供了許多PNG文件的操作函數，比如讀取和寫入文件、內存的PNG圖像的讀寫等。

libpng可以在多種操作系統中使用，包括Windows、Linux等。它是管理PNG文件的最常用的庫之一。

二、libpng的基本操作

1、讀取PNG文件：

png_structp png_ptr;
png_infop info_ptr;
png_bytep row_pointers[height];
png_ptr = png_create_read_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, (png_voidp)user_error_ptr, user_error_fn, user_warning_fn);
info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
png_set_read_fn(png_ptr, (png_voidp)file, user_read_fn);
png_read_info(png_ptr, info_ptr);
for (int y = 0; y < height; y++) {
    row_pointers[y] = (png_byte*)malloc(png_get_rowbytes(png_ptr, info_ptr));
} 
png_read_image(png_ptr, row_pointers);

2、寫入PNG文件：

png_structp png_ptr;
png_infop info_ptr;
png_ptr = png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, (png_voidp)user_error_ptr, user_error_fn, user_warning_fn);
info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
png_set_IHDR(png_ptr, info_ptr, width, height, bit_depth, color_type, PNG_INTERLACE_NONE, PNG_COMPRESSION_TYPE_DEFAULT, PNG_FILTER_TYPE_DEFAULT);
png_set_write_fn(png_ptr, (png_voidp)file, user_write_fn, user_flush_fn);
png_write_info(png_ptr, info_ptr);
for (int y = 0; y < height; y++) {
    png_write_row(png_ptr, row_pointers[y]);
}
png_write_end(png_ptr, NULL);

3、釋放內存：

png_infop info_ptr;
png_structp png_ptr;
...
png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);

三、PNG文件的色彩空間

PNG文件支持灰度圖像、真彩色圖像和索引彩色圖像三種色彩空間。其中，灰度圖像是最簡單的一種，其它兩種都是在灰度圖像的基礎上擴展的。

灰度圖像：每一個像素點只能表示一種灰度值，比如黑白圖片。

真彩色圖像：RGB三個分量表示像素顏色值，其中紅色、綠色、藍色的分量位數可定製，比如RGB888，紅色、綠色、藍色分別佔8比特位。

索引彩色圖像：是使用一個專門的顏色映射表，其中每一個像素點只使用8個比特位來表示，比如使用索引值2表示的顏色是深綠色。

四、PNG文件的壓縮

PNG文件的壓縮方式是基於DEFLATE演算法的，這是一種無損壓縮方式。PNG文件不僅能夠壓縮顏色深度、顏色類型等信息，還可以壓縮掃描線信息，有效地減小文件大小。

五、PNG文件的過濾

PNG文件在進行壓縮以前，會先使用一個稱為過濾器的操作，對掃描線數據進行預處理，以方便後面的壓縮。這個過程可以進一步提高壓縮比、減小文件大小。

過濾器的演算法有五種：

1、None：即不做任何處理，直接將掃描線數據壓縮。

2、Sub：將當前像素點的值減去左邊相鄰像素點的值，得到差值，再進行壓縮。

3、Up：將當前像素點的值減去上方相鄰像素點的值，得到差值，再進行壓縮。

4、Average：將當前像素點的值減去左邊和上方兩個相鄰像素點的值的平均值，得到差值，再進行壓縮。

5、Paeth：使用Paeth預測函數來得到當前像素點的值與預測值的差值，再進行壓縮。

六、總結

本文對PNG文件處理庫libpng進行了詳細的介紹，包括libpng的概述、基本操作、色彩空間、壓縮以及過濾器等。在實際開發中，可以根據具體需求進行靈活配置，實現PNG文件的讀寫、內存操作等功能。