使用 zlib 编写 PNG

Question

我正在尝试直接使用 zlib 编写 PNG。但是，输出文件不正确。在 frhed 中查看它，IDAT 块显示周期性模式和一大块零。这表明调用 zlib 时出现问题。代码如下：

#include "FrameGrabber.h"
#include "Image.h"
#include "crc.h"
#include <zlib.h>
#include <stdint.h>

#include <cstdio>
#include <cassert>



template<class T>
void assign(void* addr,T x)
{
T* p_out= (T*)addr ;
*p_out=x;
}

inline int32_t swap_bytes(int32_t x)
{
asm("bswap %1":"=r"(x):"r"(x):);
return x;
}

//Input is BGRx (convert to BGR (should be swapped to RGB later) and add a byte in the beginning)
void filterApply(const unsigned char* const* scanlines,char* buffer_png,int width,int height)
{
for(int k=0;k<height;++k)
    {
    *buffer_png=0;
    ++buffer_png;
    for(int l=0;l<width;++l)
        {
        assign(buffer_png,( (int32_t*)(scanlines[k])  )[l] );
        buffer_png+=3;
        }
    }
}

size_t compress(const char* buffer_uncompressed,char* buffer_compressed,size_t length_in)
{
z_stream stream;
memset(&stream,0,sizeof(stream));
//  15 bits=32K?
deflateInit2(&stream,6,Z_DEFLATED,15,9,Z_FILTERED);

stream.avail_in=length_in;
stream.next_in=(unsigned char*)buffer_uncompressed;
stream.avail_out=length_in;
stream.next_out =(unsigned char*)buffer_compressed;
do
    {       
    deflate(&stream, Z_FINISH);
    }
while (stream.avail_out == 0);
deflateEnd(&stream);
return stream.total_out;
}



const size_t CHUNK_BASE_SIZE=12;

void Chunk_sizeSet(char* chunk,uint32_t size)
{assign(chunk,swap_bytes(size));}

void Chunk_IDSet(char* chunk,uint32_t id)
{assign(chunk+4,swap_bytes(id));}

void Chunk_CRCSet(char* chunk,const PngCRC& crc,uint32_t size_chunk_data)
{assign(chunk+8+size_chunk_data, swap_bytes(crc(chunk+4,size_chunk_data+4)) );}



const size_t IHDR_SIZE=13;
const int IHDR_COLORTYPE_RGB=2;

void IHDR_widthSet(char* chunk,int32_t width)
{assign(chunk+8,swap_bytes(width));}

void IHDR_heightSet(char* chunk,int32_t height)
{assign(chunk+12,swap_bytes(height));}

void IHDR_bitDepthSet(char* chunk,char bd)
{chunk[16]=bd;}

void IHDR_colorTypeSet(char* chunk,char ct)
{chunk[17]=ct;}

void IHDR_compressionMethodSet(char* chunk,char cmprm)
{chunk[18]=cmprm;}

void IHDR_filterMethodSet(char* chunk,char filter)
{chunk[19]=filter;}

void IHDR_interlaceMethodSet(char* chunk,char interlace)
{chunk[20]=interlace;}



int main()
{
PngCRC crc;                              //The CRC code works
char signature[8]={137,80,78,71,13,10,26,10};

char IEND[CHUNK_BASE_SIZE];
Chunk_sizeSet(IEND,0);
Chunk_IDSet(IEND,0x49454e44);
Chunk_CRCSet(IEND,crc,0);

FrameGrabber grabber(GetDesktopWindow()); //Grab the desktop (works)
Image img(grabber);
grabber.grab();

char IHDR[CHUNK_BASE_SIZE+IHDR_SIZE];
Chunk_sizeSet(IHDR,CHUNK_BASE_SIZE+IHDR_SIZE);
Chunk_IDSet(IHDR,0x49484452);
IHDR_widthSet(IHDR,grabber.widthGet());
IHDR_heightSet(IHDR,grabber.heightGet());
IHDR_bitDepthSet(IHDR,8);
IHDR_colorTypeSet(IHDR,IHDR_COLORTYPE_RGB);
IHDR_compressionMethodSet(IHDR,0);
IHDR_filterMethodSet(IHDR,0);
IHDR_interlaceMethodSet(IHDR,0);
Chunk_CRCSet(IHDR,crc,IHDR_SIZE);   


size_t size_uncompressed=(1+3*grabber.widthGet())*grabber.heightGet();
char* img_png_uncompressed=(char*)malloc(size_uncompressed);
filterApply(img.rowsGet(),img_png_uncompressed,grabber.widthGet(),grabber.heightGet());

    //The compressed chunk should not be larger than the uncompressed one.
char* IDAT=(char*)malloc(size_uncompressed+CHUNK_BASE_SIZE);

int32_t size_idat=compress(img_png_uncompressed,IDAT+CHUNK_BASE_SIZE,size_uncompressed);
Chunk_sizeSet(IDAT,size_idat);
Chunk_IDSet(IDAT,0x49444154);
Chunk_CRCSet(IDAT,crc,size_idat);


FILE* file_out=fopen("test.png","wb");

fwrite(signature,1,sizeof(signature),file_out);
fwrite(IHDR,1,sizeof(IHDR),file_out);
fwrite(IDAT,1,size_idat,file_out);
fwrite(IEND,1,sizeof(IEND),file_out);
free(IDAT);
fclose(file_out);

return 0;
}

编辑：在 filterApply 中发现了一个错误。现在我没有得到任何大的空块，但文件仍然无效。它只是影响输入数据，所以它是正确的。

Answer 1

首先，只需使用libpng，您就不必担心这些。

您设置的块大小不正确。块大小不包括长度、块 id 或 crc。关于计算的内容，您还错误地计算了 crc。而且您正在将压缩数据写入 IDAT 块中的错误位置。我会停在那里 -- 你需要更仔细地阅读PNG specification。

其他cmets：

我不确定crc.h 是什么，但是zlib 已经提供了与png 兼容的crc32() 函数。您从crc.h 使用的crc() 例程可能正在计算不同的crc。即使是同一个crc，crc32()已经被zlib链接进去了，所以你也可以使用它。

您不应使用名称compress()，因为该功能已由 zlib 提供。由于您使用的是 zlib，因此使用不同的 compress() 函数会使读者感到困惑。

while (stream.avail_out == 0); 毫无意义。 deflate() 的第一次调用以avail_out != 0 完成，或者它陷入无限循环，因为再次调用 deflate() 不会改变这一点。

如果你想使用Z_FINISH，那么你需要使用deflateBound()来设置输出缓冲区的大小以保证它完成。源代码中的注释“压缩的块不应大于未压缩的块”。不保证。不可压缩的数据会导致压缩后的数据略大于未压缩的输入。

您没有检查来自deflate 函数的任何返回码！检查返回码。