PNG文件結構分析 ---Png解析

PNG的文件結構

 

根據PNG文件的定義來講，其文件頭位置老是由位固定的字節來描述的：

 

十進制數	137 80 78 71 13 10 26 10
十六進制數	89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A

 

其中第一個字節0x89超出了ASCII字符的範圍，這是爲了不某些軟件將PNG文件當作文本文件來處理。文件中剩餘的部分由3個以上的PNG的數據塊（Chunk）按照特定的順序組成，所以，一個標準的PNG文件結構應該以下：

 

PNG文件標誌

PNG數據塊

……

PNG數據塊

 

PNG數據塊（Chunk）

PNG定義了兩種類型的數據塊，一種是稱爲關鍵數據塊(critical chunk)，這是標準的數據塊，另外一種叫作輔助數據塊(ancillary chunks)，這是可選的數據塊。關鍵數據塊定義了4個標準數據塊，每一個PNG文件都必須包含它們，PNG讀寫軟件也都必需要支持這些數據塊。雖然PNG文件規範沒有要求PNG編譯碼器對可選數據塊進行編碼和譯碼，但規範提倡支持可選數據塊。

下表就是PNG中數據塊的類別，其中，關鍵數據塊部分咱們使用深色背景加以區分。

 

PNG文件格式中的數據塊
數據塊符號	數據塊名稱	多數據塊	可選否	位置限制
IHDR	文件頭數據塊	否	否	第一塊
cHRM	基色和白色點數據塊	否	是	在PLTE和IDAT以前
gAMA	圖像γ數據塊	否	是	在PLTE和IDAT以前
sBIT	樣本有效位數據塊	否	是	在PLTE和IDAT以前
PLTE	調色板數據塊	否	是	在IDAT以前
bKGD	背景顏色數據塊	否	是	在PLTE以後IDAT以前
hIST	圖像直方圖數據塊	否	是	在PLTE以後IDAT以前
tRNS	圖像透明數據塊	否	是	在PLTE以後IDAT以前
oFFs	(專用公共數據塊)	否	是	在IDAT以前
pHYs	物理像素尺寸數據塊	否	是	在IDAT以前
sCAL	(專用公共數據塊)	否	是	在IDAT以前
IDAT	圖像數據塊	是	否	與其餘IDAT連續
tIME	圖像最後修改時間數據塊	否	是	無限制
tEXt	文本信息數據塊	是	是	無限制
zTXt	壓縮文本數據塊	是	是	無限制
fRAc	(專用公共數據塊)	是	是	無限制
gIFg	(專用公共數據塊)	是	是	無限制
gIFt	(專用公共數據塊)	是	是	無限制
gIFx	(專用公共數據塊)	是	是	無限制
IEND	圖像結束數據	否	否	最後一個數據塊

 

爲了簡單起見，咱們假設在咱們使用的PNG文件中，這4個數據塊按以上前後順序進行存儲，而且都只出現一次。

數據塊結構

PNG文件中，每一個數據塊由4個部分組成，以下：

名稱	字節數	說明
Length (長度)	4字節	指定數據塊中數據域的長度，其長度不超過(2 31－1)字節
Chunk Type Code (數據塊類型碼)	4字節	數據塊類型碼由ASCII字母(A-Z和a-z)組成
Chunk Data (數據塊數據)	可變長度	存儲按照Chunk Type Code指定的數據
CRC (循環冗餘檢測)	4字節	存儲用來檢測是否有錯誤的循環冗餘碼

 

CRC(cyclic redundancy check)域中的值是對Chunk Type Code域和Chunk Data域中的數據進行計算獲得的。CRC具體算法定義在ISO 3309和ITU-T V.42中，其值按下面的CRC碼生成多項式進行計算：

x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1

CRC: 一種校驗算法。僅僅用來校驗數據的正確性的

 

下面，咱們依次來了解一下各個關鍵數據塊的結構吧。

 

IHDR

文件頭數據塊IHDR(header chunk)：它包含有PNG文件中存儲的圖像數據的基本信息，並要做爲第一個數據塊出如今PNG數據流中，並且一個PNG數據流中只能有一個文件頭數據塊。

文件頭數據塊由13字節組成，它的格式以下表所示。

域的名稱	字節數	說明
Width	4 bytes	圖像寬度，以像素爲單位
Height	4 bytes	圖像高度，以像素爲單位
Bit depth	1 byte	圖像深度：  索引彩色圖像：1，2，4或8  灰度圖像：1，2，4，8或16  真彩色圖像：8或16
ColorType	1 byte	顏色類型： 0：灰度圖像, 1，2，4，8或16  2：真彩色圖像，8或16  3：索引彩色圖像，1，2，4或8  4：帶α通道數據的灰度圖像，8或16  6：帶α通道數據的真彩色圖像，8或16
Compression method	1 byte	壓縮方法(LZ77派生算法)
Filter method	1 byte	濾波器方法
Interlace method	1 byte	隔行掃描方法： 0：非隔行掃描  1： Adam7(由Adam M. Costello開發的7遍隔行掃描方法)

因爲本文不少設計到了PNG在手機方面的應用，所以在此提出MIDP1.0對所使用PNG圖片的要求：

• 在MIDP1.0中，只可使用1.0版本的PNG圖片。
• 文件大小：MIDP支持任意大小的PNG圖片，然而實際上，若是一個圖片過大，會因爲內存耗盡而沒法讀取。
• 顏色類型：全部顏色類型都有被支持，雖然這些顏色的顯示依賴於實際設備的顯示能力。同時，MIDP也能支持alpha通道，可是，全部的alpha通道信息都會被忽略而且看成不透明的顏色對待。
• 色深：全部的色深都能被支持。
• 壓縮方法：僅支持deflate壓縮方式，這和jar文件的壓縮方式徹底相同，因此，PNG圖片數據的解壓和jar文件的解壓可使用相同的代碼。
• 濾波器方法：在PNG中全部的5種方法都被支持。
• 隔行掃描：雖然MIDP支持0、1兩種方式，然而，當使用隔行掃描時，MIDP卻不會真正的使用隔行掃描方式來顯示。
• PLTE chunk：支持
• IDAT chunk：圖像信息必須使用5種過濾方式中的方式之一 (None, Sub, Up, Average, Paeth)
• IEND chunk：當IEND數據塊被找到時，這個PNG圖像才認爲是合法的PNG圖像。
• 可選數據塊：MIDP能夠支持下列輔助數據塊，然而，這卻不是必須的。

bKGD cHRM gAMA hIST iCCP iTXt pHYs
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt

 

PLTE

調色板數據塊PLTE(palette chunk)包含有與索引彩色圖像(indexed-color image)相關的彩色變換數據，它僅與索引彩色圖像有關，並且要放在圖像數據塊(image data chunk)以前。

PLTE數據塊是定義圖像的調色板信息，PLTE能夠包含1~256個調色板信息，每個調色板信息由3個字節組成：

顏色	字節	意義
Red	1 byte	0 = 黑色, 255 = 紅
Green	1 byte	0 = 黑色, 255 = 綠色
Blue	1 byte	0 = 黑色, 255 = 藍色

所以，調色板的長度應該是3的倍數，不然，這將是一個非法的調色板。

對於索引圖像，調色板信息是必須的，調色板的顏色索引從0開始編號，而後是一、2……，調色板的顏色數不能超過色深中規定的顏色數（如圖像色深爲4的時候，調色板中的顏色數不能夠超過2^4=16），不然，這將致使PNG圖像不合法。

真彩色圖像和帶alpha通道數據的真彩色圖像也能夠有調色板數據塊，目的是便於非真彩色顯示程序用它來量化圖像數據，從而顯示該圖像。

 

IDAT

圖像數據塊IDAT(image data chunk)：它存儲實際的數據，在數據流中可包含多個連續順序的圖像數據塊。

IDAT存放着圖像真正的數據信息，所以，若是可以瞭解IDAT的結構，咱們就能夠很方便的生成PNG圖像。

 

IEND

圖像結束數據IEND(image trailer chunk)：它用來標記PNG文件或者數據流已經結束，而且必需要放在文件的尾部。

若是咱們仔細觀察PNG文件，咱們會發現，文件的結尾12個字符看起來總應該是這樣的：

00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82

不難明白，因爲數據塊結構的定義，IEND數據塊的長度老是0（00 00 00 00，除非人爲加入信息），數據標識老是IEND（49 45 4E 44），所以，CRC碼也老是AE 42 60 82。

 

實例研究PNG

如下是由Fireworks生成的一幅圖像，圖像大小爲8*8，

爲了方便觀看，將圖像放大：

使用UltraEdit32打開該文件，以下：
00000000~00000007：

能夠看到，選中的頭8個字節即爲PNG文件的標識。

接下來的地方就是IHDR數據塊了：

00000008~00000020：

• 00 00 00 0D 說明IHDR頭塊長爲13
• 49 48 44 52 IHDR標識
• 00 00 00 08 圖像的寬，8像素
• 00 00 00 08 圖像的高，8像素
• 04 色深，2^4=16，即這是一個16色的圖像（也有可能顏色數不超過16，固然，若是顏色數不超過8，用03表示更合適）
• 03 顏色類型，索引圖像
• 00 PNG Spec規定此處總爲0（非0值爲未來使用更好的壓縮方法預留），表示使壓縮方法(LZ77派生算法)
• 00 同上
• 00 非隔行掃描
• 36 21 A3 B8 CRC校驗

00000021~0000002F：

可選數據塊sBIT，顏色採樣率，RGB都是256（2^8=256）

00000030~00000062：

這裏是調色板信息

• 00 00 00 27 說明調色板數據長爲39字節，既13個顏色數
• 50 4C 54 45 PLTE標識
• FF FF 00 顏色0
• FF ED 00 顏色1
• …… ……
• 09 00 B2 最後一個顏色，12
• 5F F5 BB DD CRC校驗

00000063~000000C5：

這部分包含了pHYs、tExt兩種類型的數據塊共3塊，因爲並不過重要，所以也再也不詳細描述了。

000000C0~000000F8：

以上選中部分是IDAT數據塊

• 00 00 00 27 數據長爲39字節
• 49 44 41 54 IDAT標識
• 78 9C…… 壓縮的數據，LZ77派生壓縮方法
• DA 12 06 A5 CRC校驗

IDAT中壓縮數據部分在後面會有詳細的介紹。

000000F9~00000104：

IEND數據塊，這部分正如上所說，一般都應該是

 49 45 4E 44 AE 42 60 82

至此，咱們已經可以從一個PNG文件中識別出各個數據塊了。因爲PNG中規定除關鍵數據塊外，其它的輔助數據塊都爲可選部分，所以，有了這個標準後，咱們能夠經過刪除全部的輔助數據塊來減小PNG文件的大小。（固然，須要注意的是，PNG格式能夠保存圖像中的層、文字等信息，一旦刪除了這些輔助數據塊後，圖像將失去原來的可編輯性。）

刪除了輔助數據塊後的PNG文件，如今文件大小爲147字節，原文件大小爲261字節，文件大小減小後，並不影響圖像的內容。

• 如上說過，IDAT數據塊是使用了LZ77壓縮算法生成的，因爲受限於手機處理器

 

 

 

 

 

轉載：https://www.cnblogs.com/lidabo/p/3701197.html