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PNG图片格式详解

<a href='mailto:'>微wx笑</a>的头像微wx笑2019-09-04 16:31:44图形图像人已围观关键字: PNG  

便携式网络图形(Portable Network Graphics,PNG)是一种无损压缩的位图图形格式,支持索引、灰度、RGB三种颜色方案以及Alpha通道等特性。PNG格式有8位、24位、32位三种形式,其中8

便携式网络图形(Portable Network Graphics,PNG)是一种无损压缩的位图图形格式,支持索引、灰度、RGB三种颜色方案以及Alpha通道等特性。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

PNG格式有8位、24位、32位三种形式,其中8位PNG支持两种不同的透明形式(索引透明和alpha透明),24位PNG不支持透明,32位PNG在24位基础上增加了8位透明通道,因此可展现256级透明程度。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

PNG8和PNG24后面的数字则是代表这种PNG格式最多可以索引和存储的颜色值。”8″代表2的8次方也就是256色,而24则代表2的24次方大概有1600多万色。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

格式最高支持色彩通道索引色编辑支持透明支持
PNG8256索引色支持支持设定特定索引色为透明色(布尔透明)
支持为索引色附加8位透明度(256阶alpha透明)
PNG24约1600万色不支持不支持
PNG32约1600万色不支持支持8位透明度(256阶alpha透明)

1.PNG的文件结构ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

对于一个PNG文件来说,其文件头总是由位固定的字节来描述的:ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

进制编码
十六进制数89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A

其中第一个字节0x89超出了ASCII字符的范围,这是为了避免某些软件将PNG文件当做文本文件来处理。文件中剩余的部分由3个以上的PNG的数据块(Chunk)按照特定的顺序组成,因此,一个标准的PNG文件结构应该如下:ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

PNG文件标志 | PNG数据块 …… | PNG数据块ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

2.PNG数据块(Chunk)ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

PNG定义了两种类型的数据块,一种是称为关键数据块(critical chunk),这是标准的数据块,另一种叫做辅助数据块(ancillary chunks),这是可选的数据块。关键数据块定义了4个标准数据块,每个PNG文件都必须包含它们,PNG读写软件也都必须要支持这些数据块。虽然PNG文件规范没有要求PNG编译码器对可选数据块进行编码和译码,但规范提倡支持可选数据块。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

下表就是PNG中数据块的类别,其中,关键数据块部分我们使用_前缀加以区分。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

数据块符号数据块名称多数据块可选否位置限制
_IHDR文件头数据块第一块
cHRM基色和白色点数据块在PLTE和IDAT之前
gAMA图像γ数据块在PLTE和IDAT之前
sBIT样本有效位数据块在PLTE和IDAT之前
_PLTE调色板数据块在IDAT之前
bKGD背景颜色数据块在PLTE之后IDAT之前
hIST图像直方图数据块在PLTE之后IDAT之前
tRNS图像透明数据块在PLTE之后IDAT之前
oFFs(专用公共数据块)在IDAT之前
pHYs物理像素尺寸数据块在IDAT之前
sCAL(专用公共数据块)在IDAT之前
_IDAT图像数据块与其他IDAT连续
tIME图像最后修改时间数据块无限制
tEXt文本信息数据块无限制
zTXt压缩文本数据块无限制
fRAc(专用公共数据块)无限制
gIFg(专用公共数据块)无限制
gIFt(专用公共数据块)无限制
gIFx(专用公共数据块)无限制
_IEND图像结束数据最后一个数据块

为了简单起见,我们假设在我们使用的PNG文件中,这4个数据块按以上先后顺序进行存储,并且都只出现一次。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

(1)IHDR 
文件头数据块IHDR(header chunk):它包含有PNG文件中存储的图像数据的基本信息,并要作为第一个数据块出现在PNG数据流中,而且一个PNG数据流中只能有一个文件头数据块。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

文件头数据块由13字节组成,它的格式如下表所示。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

域的名称字节数说明
Width4 bytes图像宽度,以像素为单位
Height4 bytes图像宽度,以像素为单位
Bit depth1 bytes颜色类型::
0:灰度图像, 1,2,4,8或16
2:真彩色图像,8或16
3:索引彩色图像,1,2,4或8
4:带α通道数据的灰度图像,8或16
6:带α通道数据的真彩色图像,8或16
ColorType1 bytes图像深度:
索引彩色图像:1,2,4或8
灰度图像:1,2,4,8或16
真彩色图像:8或16
Compression method1 bytes压缩方法(LZ77派生算法)
Filter method1 bytes滤波器方法
Interlace method1 bytes隔行扫描方法:
0:非隔行扫描
1:Adam7(由Adam M. Costello开发的7遍隔行扫描方法)

(2)PLTE 
对于索引图像,调色板信息是必须的,调色板的颜色索引从0开始编号,然后是1、2……,调色板的颜色数不能超过色深中规定的颜色数(如图像色深为4的时候,调色板中的颜色数不可以超过2^4=16),否则,这将导致PNG图像不合法。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

真彩色图像和带α通道数据的真彩色图像也可以有调色板数据块,目的是便于非真彩色显示程序用它来量化图像数据,从而显示该图像。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

PLTE数据块是定义图像的调色板信息,PLTE可以包含1~256个调色板信息,每一个调色板信息由3个字节组成:ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

颜色字节说明
Red1byte0 = 黑色, 255 = 红
Green1byte0 = 黑色, 255 = 绿
Blue1byte0 = 黑色, 255 = 蓝

(3)IDAT 
图像数据块IDAT(image data chunk):它存储实际的数据,在数据流中可包含多个连续顺序的图像数据块。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

IDAT存放着图像真正的数据信息,因此,如果能够了解IDAT的结构,我们就可以很方便的生成PNG图像。 
(4)IEND 
图像结束数据IEND(image trailer chunk):它用来标记PNG文件或者数据流已经结束,并且必须要放在文件的尾部。ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

如果我们仔细观察PNG文件,我们会发现,文件的结尾12个字符看起来总应该是这样的: 
00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

不难明白,由于数据块结构的定义,IEND数据块的长度总是0(00 00 00 00,除非人为加入信息),数据标识总是IEND(49 45 4E 44),因此,CRC码也总是AE 42 60 82 
3.数据块结构ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

PNG文件中,每个数据块由4个部分组成,如下:ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

名称字节数说明
Length (长度)4字节指定数据块中数据域的长度,其长度不超过(231-1)字节
Chunk Type Code (数据块类型码)4字节数据块类型码由ASCII字母(A-Z和a-z)组成
Chunk Data (数据块数据)可变长度存储按照Chunk Type Code指定的数据
CRC (循环冗余检测)4字节存储用来检测是否有错误的循环冗余码

CRC(cyclic redundancy check)域中的值是对Chunk Type Code域和Chunk Data域中的数据进行计算得到的。CRC具体算法定义在ISO 3309和ITU-T V.42中,其值按下面的CRC码生成多项式进行计算:ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生

x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1ask编程技术_踩坑日志_进阶指南_无知人生


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