PNG,可移植网络图形格式(Portable Network Graphic Format,PNG)名称来源于非官方的“PNG’s Not GIF”,是一种位图文件(bitmap file)存储格式。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α通道数据。
PNG格式有8位、24位、32位三种形式,其中8位PNG支持两种不同的透明形式(索引透明和alpha透明),24位PNG不支持透明,32位PNG在24位基础上增加了8位透明通道,因此可展现256级透明程度。
PNG8和PNG24后面的数字则是代表这种PNG格式最多可以索引和存储的颜色值。”8″代表2的8次方也就是256色,而24则代表2的24次方大概有1600多万色。
格式 | 最高支持色彩通道 | 索引色编辑支持 | 透明支持 |
PNG8 | 256索引色 | 支持 |
支持设定特定索引色为透明色(布尔透明) 支持为索引色附加8位透明度(256阶alpha透明) |
PNG24 | 约1600万色 | 不支持 | 不支持 |
PNG32 | 约1600万色 | 不支持 | 支持8位透明度(256阶alpha透明) |
PNG文件格式保留GIF文件格式的下列特性:
PNG文件格式中要增加下列GIF文件格式所没有的特性:
文件结构
PNG图像格式文件(或者称为数据流)由一个8字节的PNG文件署名(PNG file signature)域和按照特定结构组织的3个以上的数据块(chunk)组成。
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。
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 |
所以我们可以看到-x里面png格式的判断函数:
bool Image::isPng(const unsigned char * data, ssize_t dataLen)
{
if (dataLen <= 8)
{
return false;
}
static const unsigned char PNG_SIGNATURE[] = {0x89, 0x50, 0x4e, 0x47, 0x0d, 0x0a, 0x1a, 0x0a};
return memcmp(PNG_SIGNATURE, data, sizeof(PNG_SIGNATURE)) == 0;
}
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
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 |
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。
域的名称 | 字节数 | 说明 |
Length (长度) | 4字节 | 图像宽度,以像素为单位 |
Height | 4字节 | 图像高度,以像素为单位 |
Bit depth | 1字节 | 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字节 | 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字节 | 压缩方法(LZ77派生算法) |
Filter method | 1字节 | 滤波器方法 |
Interlace method | 1字节 | 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) |
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RGB组成,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。同理调色板数据块所包含的最大字节数为768。
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
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。
cocos2dx libpng的解码
bool Image::initWithPngData(const unsigned char * data, ssize_t dataLen)
{
// length of bytes to check if it is a valid png file
#define PNGSIGSIZE 8
bool ret = false;
png_byte header[PNGSIGSIZE] = {0};
png_structp png_ptr = 0;
png_infop info_ptr = 0;
do
{
// png header len is 8 bytes
CC_BREAK_IF(dataLen < PNGSIGSIZE);
//文件头校验
// check the data is png or not
memcpy(header, data, PNGSIGSIZE);
CC_BREAK_IF(png_sig_cmp(header, 0, PNGSIGSIZE));
//初始化png_structp类型结构体,libpng内部使用
// init png_struct
png_ptr = png_create_read_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, 0, 0, 0);
CC_BREAK_IF(! png_ptr);
//创建图像信息
// init png_info
info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
CC_BREAK_IF(!info_ptr);
#if (CC_TARGET_PLATFORM != CC_PLATFORM_BADA && CC_TARGET_PLATFORM != CC_PLATFORM_NACL)
//设置异常处理
CC_BREAK_IF(setjmp(png_jmpbuf(png_ptr)));
#endif
//使用自定义的回调函数来设置libpng的数据源
// set the read call back function
tImageSource imageSource;
imageSource.data = (unsigned char*)data;
imageSource.size = dataLen;
imageSource.offset = 0;
png_set_read_fn(png_ptr, &imageSource, pngReadCallback);
// read png header info
//使用底层处理来读取png数据
// read png file info
png_read_info(png_ptr, info_ptr);
//查询图像信息
_width = png_get_image_width(png_ptr, info_ptr);
_height = png_get_image_height(png_ptr, info_ptr);
png_byte bit_depth = png_get_bit_depth(png_ptr, info_ptr);
png_uint_32 color_type = png_get_color_type(png_ptr, info_ptr);
//CCLOG("color type %u", color_type);
//调色板格式的png图片,转化为RGB888的像素格式
// force palette images to be expanded to 24-bit RGB
// it may include alpha channel
if (color_type == PNG_COLOR_TYPE_PALETTE)
{
png_set_palette_to_rgb(png_ptr);
}
//像素格式少于1字节长度的灰度图,将其转为每像素占1字节的像素格式
// low-bit-depth grayscale images are to be expanded to 8 bits
if (color_type == PNG_COLOR_TYPE_GRAY && bit_depth < 8)
{
bit_depth = 8;
png_set_expand_gray_1_2_4_to_8(png_ptr);
}
//将tRNS块数据信息扩展为完整的ALPHA通道信息
// expand any tRNS chunk data into a full alpha channel
if (png_get_valid(png_ptr, info_ptr, PNG_INFO_tRNS))
{
png_set_tRNS_to_alpha(png_ptr);
}
//将16位输入降为8位
// reduce images with 16-bit samples to 8 bits
if (bit_depth == 16)
{
png_set_strip_16(png_ptr);
}
// Expanded earlier for grayscale, now take care of palette and rgb
if (bit_depth < 8)
{
png_set_packing(png_ptr);
}
//更新png数据的详细信息
// update info
png_read_update_info(png_ptr, info_ptr);
bit_depth = png_get_bit_depth(png_ptr, info_ptr);
color_type = png_get_color_type(png_ptr, info_ptr);
switch (color_type)
{
case PNG_COLOR_TYPE_GRAY:
_renderFormat = Texture2D::PixelFormat::I8;
break;
case PNG_COLOR_TYPE_GRAY_ALPHA:
_renderFormat = Texture2D::PixelFormat::AI88;
break;
case PNG_COLOR_TYPE_RGB:
_renderFormat = Texture2D::PixelFormat::RGB888;
break;
case PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA:
_renderFormat = Texture2D::PixelFormat::RGBA8888;
break;
default:
break;
}
//按行读取png信息,
// read png data
png_size_t rowbytes;
png_bytep* row_pointers = (png_bytep*)malloc( sizeof(png_bytep) * _height );
//获取每一行像素的字节数量
rowbytes = png_get_rowbytes(png_ptr, info_ptr);
//申请内存地址
_dataLen = rowbytes * _height;
_data = static_cast<unsigned char*>(malloc(_dataLen * sizeof(unsigned char)));
if (!_data)
{
if (row_pointers != nullptr)
{
free(row_pointers);
}
break;
}
for (unsigned short i = 0; i < _height; ++i)
{
row_pointers[i] = _data + i*rowbytes;
}
//读取png数据
png_read_image(png_ptr, row_pointers);
//结束读取数据
png_read_end(png_ptr, nullptr);
// premultiplied alpha for RGBA8888
if (color_type == PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA)
{
//预乘Alpha,使用渐变Alpha
premultipliedAlpha();
}
else
{
_hasPremultipliedAlpha = false;
}
if (row_pointers != nullptr)
{
//释放图片数据的内存
free(row_pointers);
}
ret = true;
} while (0);
if (png_ptr)
{
//释放png_ptr
png_destroy_read_struct(&png_ptr, (info_ptr) ? &info_ptr : 0, 0);
}
return ret;
}
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