20221214-PNG格式详解

概述

png 是20世纪90年代开始开发的图像文件存储格式，其目的是替代gif 和tiff 文件格式，同时增加一些gif 文件格式所不具备的特性，流式网络图形格式名称来源于非官方的 是一种位图文件存储格式，读成ping 。png 用来存储灰度图像时，灰度图像的深度可多到16位，存储彩色图像时，彩色图像的深度可多到48位，并且还可存储多到16位的alpha 通道，png 使用从LZ77 派生的无损数据压缩算法

特性

使用调色板技术可支持256种颜色的彩色图像 必须的

流式读 写性，图像文件格式允许连续读出和写入图像数据 因此适于网络传播

逐次逼近显示，这种特性可使在通信链路上传输图像文件的同时就在终端上显示图像，把整个轮廓显示出来之后逐步显示图像的细节，也就是先用低分辨率显示图像，然后逐步提高它的分辨率 类似马赛克逐渐消除的过程

透明性，这个性能可使图像中某些部分不显示出来，用来创建一些有特色的图像

辅助信息，这个特性可用来在图像文件中存储一些文本注释信息 就是可以说一些废话

独立于计算机硬件环境

使用无损压缩

可在一个文件中存储多幅图像

文件结构

png 图像格式文件由文件署名和数据块 组成

文件署名域

8字节的png 文件署名域用来识别该文件是不是png 文件，该域的值是

十进制数 十六进制数
137 89
80 50
78 4e
71 47
13 0d
10 0a
26 1a
10 0a
这个文件署名就是在《利用文件头标志判断文件类型》中提到的文件头标志了，很简单。

数据块

这里有两种类型的数据块，一种是称为关键数据块，就是必须要有的块，另一种叫做辅助数据块

每个数据块都由下表所示的4个域组成

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)(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(数据块实际内容 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

其中CRC 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，可以看作一种校验码

关键数据块

关键数据块中的4个标准数据块是

文件头数据块 IHDR

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，组成结构如下

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：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
ColorType	1 byte	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84：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
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：0：非隔行扫描;1： Adam7(由Adam M. Costello开发的7遍隔行扫描方法)

调色板数据块PLTE

它包含有与索引彩色图像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之前，真彩色的png 数据流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，结构如下

|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|

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，每个调色板信息由3个字节组成，因此调色板数据块所包含的最大字节数为768 调色板的长度应该是3的倍数，否则，这将使一个非法的调色板

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，否则，这将导致png 图像不合法

图像数据块 IDAT

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，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

图像结束数据IEND

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

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 82

不难明白，由于数据块结构的定义，IEND 数据块的长度总是0 0000000除非认为加入信息，数据标识总是iend 因此，CRC码也总是AE 42 60 82

最后，除了表示数据块开始IHDR 必须放在最前面，表示png 文件结束的iend 数据块放在最后面，其他数据块的存放顺序没有限制

辅助数据块

比较杂 ，不需要全部了解透

PNG 文件格式规范指定的10个辅助数据块是

背景颜色数据块 bKGD

基色和白色度数块cHRM 所谓白色度是指当 R G B 最大值时在显示器上产生的白色度

图像gamma 数据块 gAMA

图像直方图数据块hIST
物理像素尺寸数据块 pHYs

样本有效位数据块 sBIT

文本信息数据块 tEXt
图像最后修改时间数据块 tIME
图像透明数据块 tRNS

压缩文本数据块 zTXt

数据块摘要

关键数据块，辅助数据块和专用公共数据块 综合下表中

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

tEXt和zTXt数据块中的标准关键字：

关键字 说明
Title 图像名称或者标题
Author 图像作者名
Description 图像说明
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Disclaimer 弃权
Warning 图像内容警告
Source 创作图像使用的设备
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