1. png image type

png支持三种图像类型:索引彩色图像(index-color),灰度图像(grayscale),真彩色图像(true-color)

1.1. Palette-Based

Palette-based images, also known as colormapped or index-color images, use the PLTE chunk and are supported in four pixel depths: 1, 2, 4, and 8 bits, corresponding to a maximum of 2, 4, 16, or 256 palette entries

2. png 文件结构

标准的png文件结构如下

png signature | png chunk | png chunk | ... | png chunk

3. png signature

png signature 8 bytes.

89 50 4E 47 OD 0A 1A 0A

4. chunk

PNG定义了两种类型的数据块,一种是称为关键数据块(critical chunk),标准的数据块; 另一种叫做辅助数据块(ancillary chunks),可选的数据块。关键数据块定义了3个标准数据块,每个PNG文件都必须包含它们。3个标准数据块为: IHDR, IDAT, IEND.

  • PNG文件格式中的数据块
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 否 否 第一块
cHRM 基色和白色点数据块 否 是 在PLTE和IDAT之前
gAMA 图像γ数据块 否 是 在PLTE和IDAT之前
sBIT 样本有效位数据块 否 是 在PLTE和IDAT之前
PLTE 调色板数据块 否 是 在IDAT之前
bKGD 背景颜色数据块 否 是 在PLTE之后IDAT之前
hIST 图像直方图数据块 否 是 在PLTE之后IDAT之前
tRNS 图像透明数据块 否 是 在PLTE之后IDAT之前
oFFs (专用公共数据块) 否 是 在IDAT之前
pHYs 物理像素尺寸数据块 否 是 在IDAT之前
sCAL (专用公共数据块) 否 是 在IDAT之前
IDAT 图像数据块 是 否 与其他IDAT连续
tIME 图像最后修改时间数据块 否 是 无限制
tEXt 文本信息数据块 是 是 无限制
zTXt 压缩文本数据块 是 是 无限制
fRAc (专用公共数据块) 是 是 无限制
gIFg (专用公共数据块) 是 是 无限制
gIFt (专用公共数据块) 是 是 无限制
gIFx (专用公共数据块) 是 是 无限制
IEND 图像结束数据 否 否 最后一个数据块
  • 数据块结构

PNG文件中,每个数据块由4个部分组成

length | type(name) | data | CRC

length: 4 bytes, just length of the data, not include type and CRC  
type: 4 bytes, ASCII letters([A-Z,a-z])
CRC: 4bytes

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

4.1. 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。

文件头数据块由13字节组成,它的如下所示

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

4.2. PLTE

调色板数据块PLTE(palette chunk)包含有与索引彩色图像(indexed-color image)相关的彩色变换数据,它仅与索引彩色图像有关,而且要放在图像数据块(image data chunk)之前。

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:

颜色 字节 意义
Red 1 byte 0 = 黑色, 255 = 红
Green 1 byte 0 = 黑色, 255 = 绿色
Blue 1 byte 0 = 黑色, 255 = 蓝色

因此,调色板的长度应该是3的倍数,否则,这将是一个非法的调色板。

颜色数 = length/3

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。

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。

4.3. 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。

IDAT存放着图像真正的数据信息

4.4. 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。

PNG文件的结尾12个字符应该是这样的:

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

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

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