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《PNG文件格式》(二)PNG文件格式分析

时间:2015-05-25 14:40:31      阅读:137      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:png   alpha   

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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

===============================正文=======================================

PNG文件结构

对于一个PNG文件来说,其文件头总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,结果如下:

技术分享

        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。你可以从“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,关键数据块部分我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  在PLTE和IDAT之前
gAMA  图像γ数据块  否  在PLTE和IDAT之前 
sBIT  样本有效位数据块  否  在PLTE和IDAT之前 
PLTE  调色板数据块  否  在IDAT之前 
bKGD  背景颜色数据块  否  在PLTE之后IDAT之前 
hIST  图像直方图数据块  否  在PLTE之后IDAT之前 
tRNS  图像透明数据块  否  在PLTE之后IDAT之前 
oFFs  (专用公共数据块)  否  在IDAT之前 
pHYs  物理像素尺寸数据块  否  在IDAT之前 
sCAL  (专用公共数据块)  否  在IDAT之前 
IDAT  图像数据块  否  与其他IDAT连续
tIME  图像最后修改时间数据块  否  无限制 
tEXt  文本信息数据块  无限制 
zTXt  压缩文本数据块  无限制 
fRAc  (专用公共数据块)  无限制 
gIFg  (专用公共数据块)  无限制 
gIFt  (专用公共数据块)  无限制 
gIFx  (专用公共数据块)  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,每个数据块(比如IHDR,cHRM,IDAT等)由4个部分组成,如下:

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得到的。CRC具体算法定义在ISO 3309和ITU-T V.42中.

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

下面,我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,并要作为第一个数据块出现在PNG数据流中,而且一个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,它的格式如下表所示:

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) 

由于我们研究的是手机上的PNG,因此,首先我们看看MIDP1.0对所使用PNG图片的要求吧:

● 在MIDP1.0中,我们只可以使用1.0版本的PNG图片。并且,所以的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,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:仅支持压缩方式0(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。(其实这也就是为什么J2ME能很好的支持PNG图像的原因:))
● 滤波器方法:尽管在PNG的白皮书中仅定义了方法0,然而所有的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可以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,可以参考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,它的结果如下

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的定义如下:

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,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。

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

技术分享
不难理解,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。

IHDR cHRM pHYs IEND


《PNG文件格式》(二)PNG文件格式分析

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原文地址:http://blog.csdn.net/hherima/article/details/45847043

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