《PNG文件格式》（二）PNG文件格式分析

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《PNG文件格式》（一）PNG文件概述      《PNG文件格式》（二）PNG文件格式分析（本篇）

《PNG文件格式》（三）PNG文件实例剖析

摘自：

中文PNG格式说明：dev.gameres.com

PNG文件格式白皮书：www.w3.org

LZ77算法的JAVA实现：jazzlib.sourceforge.net
LZ77算法的JAVA实现，包括J2ME版本：www.jcraft.com

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PNG文件结构

对于一个PNG文件来讲，其文件头老是由位固定的字节来描述的，HEX： 89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A

使用ultra打开一个png图片，结果以下：

        其中第一个字节0x89超出了ASCII字符的范围，这是为了不某些软件将PNG文件当作文本文件来处理。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，所以，一个标准的PNG文件结构应该以下：

PNG文件标志

PNG数据块

……

PNG数据块

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，另外一种叫作辅助数据块(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，每一个PNG文件都必须包含它们，PNG读写软件也都必需要支持这些数据块。你能够从“可选否”一栏查看是否必须支持的数据块。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， 关键数据块部分咱们使用深色背景加以区分。

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以前
gAMA	图像γ数据块	否	是	在PLTE和IDAT以前
sBIT	样本有效位数据块	否	是	在PLTE和IDAT以前
PLTE	调色板数据块	否	是	在IDAT以前
bKGD	背景颜色数据块	否	是	在PLTE以后IDAT以前
hIST	图像直方图数据块	否	是	在PLTE以后IDAT以前
tRNS	图像透明数据块	否	是	在PLTE以后IDAT以前
oFFs	(专用公共数据块)	否	是	在IDAT以前
pHYs	物理像素尺寸数据块	否	是	在IDAT以前
sCAL	(专用公共数据块)	否	是	在IDAT以前
IDAT	图像数据块	是	否	与其余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

这里要补充一个iCCP

数据块结构

PNG文件中，每一个数据块（好比IHDR，cHRM，IDAT等）由4个部分组成，以下：

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获得的。CRC具体算法定义在ISO 3309和ITU-T V.42中.

注意：Length值的是除：length自己，Chunk Type Code，CRC外的长度，也就是Chunk Data的长度。

下面，咱们依次来了解一下各个【关键数据块】的结构

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，并要做为第一个数据块出如今PNG数据流中，并且一个PNG数据流（文件）中只能有一个文件头数据块。
文件头数据块由13字节组成，它的格式以下表所示：

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：  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)

因为咱们研究的是手机上的PNG，所以，首先咱们看看MIDP1.0对所使用PNG图片的要求吧：

● 在MIDP1.0中，咱们只可使用1.0版本的PNG图片。而且，因此的PNG关键数据块都有特别要求：
IHDR
● 文件大小：MIDP支持任意大小的PNG图片，然而，实际上，若是一个图片过大，会因为内存耗尽而没法读取。
● 颜色类型：全部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，可是，全部的alpha通道信息都会被忽略而且看成不透明的颜色对待。
● 色深：全部的色深都能被支持。
● 压缩方法：仅支持压缩方式0（deflate压缩方式），这和jar文件的压缩方式彻底相同，因此，PNG图片数据的解压和jar文件的解压可使用相同的代码。（其实这也就是为何J2ME能很好的支持PNG图像的缘由：））
● 滤波器方法：尽管在PNG的白皮书中仅定义了方法0，然而全部的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0 (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能够支持下列辅助数据块，然而，这却不是必须的。
bKGD cHRM gAMA hIST iCCP iTXt pHYs
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt

关于更多的信息，能够参考www.w3.org

pHYs

物理像素数据块，它表示了图片的像素尺寸，或者是高宽比，它的结果以下

Pixels per unit, X axis	4 bytes (PNG unsigned integer)
Pixels per unit, Y axis	4 bytes (PNG unsigned integer)
Unit specifier	1 byte

unit specifier的定义以下：

0	unit is unknown
1	unit is the metre

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，并且要放在图像数据块(image data chunk)以前。
PLTE数据块是定义图像的调色板信息，PLTE能够包含1~256个调色板信息，每个调色板信息由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

所以，调色板的长度应该是3的倍数，不然，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，而后是一、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能够超过2^4=16），不然，这将致使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能够有调色板数据块，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，所以，若是可以了解IDAT的结构，咱们就能够很方便的生成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，而且必需要放在文件的尾部。
若是咱们仔细观察PNG文件，咱们会发现，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

不难理解，因为数据块结构的定义，IEND数据块的长度老是0（00 00 00 00，除非人为加入信息），数据标识老是IEND（49 45 4E 44），所以，CRC码也老是AE 42 60 82。

IHDR cHRM pHYs IEND