PNG文件结构分析 ---Png解析
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PNG文件结构分析 ---Png解析
十进制数
137 80 78 71 13 10 26 10
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:
PNG文件标志
PNG数据块
……
PNG数据块
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
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
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
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)
由于本文很多设计到了PNG在手机方面的应用,因此在此提出MIDP1.0对所使用PNG图片的要求:
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt 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。
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alpha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。
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,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。
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。
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(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。
实例研究PNG
以下是由Fireworks生成的一幅图像,图像大小为8*8,
为了方便观看,将图像放大:
使用UltraEdit32打开该文件,如下:
00000000~00000007: 可以看到,选中的头8个字节即为PNG文件的标识。 接下来的地方就是IHDR数据块了: 00000008~00000020:
000000C0~000000F8: 以上选中部分是IDAT数据块
为了实现更高级的应用,我们必须充分挖掘PNG的潜力。
PNG的文件结构
根据PNG文件的定义来说,其文件头位置总是由位固定的字节来描述的:
PNG数据块(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),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。
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深色背景加以区分。
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。
数据块结构
PNG文件中,每个数据块由4个部分组成,如下:
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
CRC: 一种校验算法。仅仅用来校验数据的正确性的
下面,我们依次来了解一下各个关键数据块的结构吧。
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,它的格式如下表所示。
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
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
0:非隔行扫描
1: Adam7(由Adam M. Costello开发的7遍隔行扫描方法)
- 在MIDP1.0中,只可以使用1.0版本的PNG图片。
- 文件大小:MIDP支持任意大小的PNG图片,然而实际上,如果一个图片过大,会由于内存耗尽而无法读取。
- 颜色类型:所有颜色类型都有被支持,虽然这些颜色的显示依赖于实际设备的显示能力。同时,MIDP也能支持alpha通道,但是,所有的alpha通道信息都会被忽略并且当作不透明的颜色对待。
- 色深:所有的色深都能被支持。
- 压缩方法:仅支持deflate压缩方式,这和jar文件的压缩方式完全相同,所以,PNG图片数据的解压和jar文件的解压可以使用相同的代码。
- 滤波器方法:在PNG中所有的5种方法都被支持。
- 隔行扫描:虽然MIDP支持0、1两种方式,然而,当使用隔行扫描时,MIDP却不会真正的使用隔行扫描方式来显示。
- PLTE chunk:支持
- IDAT chunk:图像信息必须使用5种过滤方式中的方式之一 (None, Sub, Up, Average, Paeth)
- IEND chunk:当IEND数据块被找到时,这个PNG图像才认为是合法的PNG图像。
- 可选数据块:MIDP可以支持下列辅助数据块,然而,这却不是必须的。
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt 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:
使用UltraEdit32打开该文件,如下:
00000000~00000007: 可以看到,选中的头8个字节即为PNG文件的标识。 接下来的地方就是IHDR数据块了: 00000008~00000020:
- 00 00 00 0D 说明IHDR头块长为13
- 49 48 44 52 IHDR标识
- 00 00 00 08 图像的宽,8像素
- 00 00 00 08 图像的高,8像素
- 04 色深,2^4=16,即这是一个16色的图像(也有可能颜色数不超过16,当然,如果颜色数不超过8,用03表示更合适)
- 03 颜色类型,索引图像
- 00 PNG Spec规定此处总为0(非0值为将来使用更好的压缩方法预留),表示使压缩方法(LZ77派生算法)
- 00 同上
- 00 非隔行扫描
- 36 21 A3 B8 CRC校验
- 00 00 00 27 说明调色板数据长为39字节,既13个颜色数
- 50 4C 54 45 PLTE标识
- FF FF 00 颜色0
- FF ED 00 颜色1
- …… ……
- 09 00 B2 最后一个颜色,12
- 5F F5 BB DD CRC校验
000000C0~000000F8: 以上选中部分是IDAT数据块
- 00 00 00 27 数据长为39字节
- 49 44 41 54 IDAT标识
- 78 9C…… 压缩的数据,LZ77派生压缩方法
- DA 12 06 A5 CRC校验
- 如上说过,IDAT数据块是使用了LZ77压缩算法生成的,由于受限于手机处理器
其实,我们可以通过改变调色板的色值来完成一些又趣的事情,比如说实现云彩/水波的流动效果,实现图像的淡入淡出效果等等
RFID管理系统集成商 RFID中间件 条码系统中间层 物联网软件集成