PNG文件結構分析 ---Png解析
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PNG文件結構分析 ---Png解析
十進制數
137 80 78 71 13 10 26 10
十六進制數
89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A
其中第一個字節0x89超出了ASCII字符的范圍,這是為了避免某些軟件將PNG文件當做文本文件來處理。文件中剩余的部分由3個以上的PNG的數據塊(Chunk)按照特定的順序組成,因此,一個標準的PNG文件結構應該如下:
PNG文件標志
PNG數據塊
……
PNG數據塊
PNG文件格式中的數據塊
數據塊符號
數據塊名稱
多數據塊
可選否
位置限制
IHDR
文件頭數據塊
否
否
第一塊
cHRM
基色和白色點數據塊
否
是
在PLTE和IDAT之前
gAMA
圖像γ數據塊
否
是
在PLTE和IDAT之前
sBIT
樣本有效位數據塊
否
是
在PLTE和IDAT之前
PLTE
調色板數據塊
否
是
在IDAT之前
bKGD
背景顏色數據塊
否
是
在PLTE之后IDAT之前
hIST
圖像直方圖數據塊
否
是
在PLTE之后IDAT之前
tRNS
圖像透明數據塊
否
是
在PLTE之后IDAT之前
oFFs
(專用公共數據塊)
否
是
在IDAT之前
pHYs
物理像素尺寸數據塊
否
是
在IDAT之前
sCAL
(專用公共數據塊)
否
是
在IDAT之前
IDAT
圖像數據塊
是
否
與其他IDAT連續
tIME
圖像最后修改時間數據塊
否
是
無限制
tEXt
文本信息數據塊
是
是
無限制
zTXt
壓縮文本數據塊
是
是
無限制
fRAc
(專用公共數據塊)
是
是
無限制
gIFg
(專用公共數據塊)
是
是
無限制
gIFt
(專用公共數據塊)
是
是
無限制
gIFx
(專用公共數據塊)
是
是
無限制
IEND
圖像結束數據
否
否
最后一個數據塊
名稱
字節數
說明
Length (長度)
4字節
指定數據塊中數據域的長度,其長度不超過(231-1)字節
Chunk Type Code (數據塊類型碼)
4字節
數據塊類型碼由ASCII字母(A-Z和a-z)組成
Chunk Data (數據塊數據)
可變長度
存儲按照Chunk Type Code指定的數據
CRC (循環冗余檢測)
4字節
存儲用來檢測是否有錯誤的循環冗余碼
域的名稱
字節數
說明
Width
4 bytes
圖像寬度,以像素為單位
Height
4 bytes
圖像高度,以像素為單位
Bit depth
1 byte
圖像深度:
索引彩色圖像:1,2,4或8
灰度圖像:1,2,4,8或16
真彩色圖像:8或16
ColorType
1 byte
顏色類型:
0:灰度圖像, 1,2,4,8或16
2:真彩色圖像,8或16
3:索引彩色圖像,1,2,4或8
4:帶α通道數據的灰度圖像,8或16
6:帶α通道數據的真彩色圖像,8或16
Compression method
1 byte
壓縮方法(LZ77派生算法)
Filter method
1 byte
濾波器方法
Interlace method
1 byte
隔行掃描方法:
0:非隔行掃描
1: Adam7(由Adam M. Costello開發的7遍隔行掃描方法)
由于本文很多設計到了PNG在手機方面的應用,因此在此提出MIDP1.0對所使用PNG圖片的要求:
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt PLTE 調色板數據塊PLTE(palette chunk)包含有與索引彩色圖像(indexed-color image)相關的彩色變換數據,它僅與索引彩色圖像有關,而且要放在圖像數據塊(image data chunk)之前。 PLTE數據塊是定義圖像的調色板信息,PLTE可以包含1~256個調色板信息,每一個調色板信息由3個字節組成:
顏色
字節
意義
Red
1 byte
0 = 黑色, 255 = 紅
Green
1 byte
0 = 黑色, 255 = 綠色
Blue
1 byte
0 = 黑色, 255 = 藍色
因此,調色板的長度應該是3的倍數,否則,這將是一個非法的調色板。
對于索引圖像,調色板信息是必須的,調色板的顏色索引從0開始編號,然后是1、2……,調色板的顏色數不能超過色深中規定的顏色數(如圖像色深為4的時候,調色板中的顏色數不可以超過2^4=16),否則,這將導致PNG圖像不合法。
真彩色圖像和帶alpha通道數據的真彩色圖像也可以有調色板數據塊,目的是便于非真彩色顯示程序用它來量化圖像數據,從而顯示該圖像。
IDAT
圖像數據塊IDAT(image data chunk):它存儲實際的數據,在數據流中可包含多個連續順序的圖像數據塊。
IDAT存放著圖像真正的數據信息,因此,如果能夠了解IDAT的結構,我們就可以很方便的生成PNG圖像。
IEND
圖像結束數據IEND(image trailer chunk):它用來標記PNG文件或者數據流已經結束,并且必須要放在文件的尾部。
如果我們仔細觀察PNG文件,我們會發現,文件的結尾12個字符看起來總應該是這樣的:
00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82
不難明白,由于數據塊結構的定義,IEND數據塊的長度總是0(00 00 00 00,除非人為加入信息),數據標識總是IEND(49 45 4E 44),因此,CRC碼也總是AE 42 60 82。
實例研究PNG
以下是由Fireworks生成的一幅圖像,圖像大小為8*8,
為了方便觀看,將圖像放大:
使用UltraEdit32打開該文件,如下:
00000000~00000007: 可以看到,選中的頭8個字節即為PNG文件的標識。 接下來的地方就是IHDR數據塊了: 00000008~00000020:
000000C0~000000F8: 以上選中部分是IDAT數據塊
為了實現更高級的應用,我們必須充分挖掘PNG的潛力。
PNG的文件結構
根據PNG文件的定義來說,其文件頭位置總是由位固定的字節來描述的:
PNG數據塊(Chunk)
PNG定義了兩種類型的數據塊,一種是稱為關鍵數據塊(critical chunk),這是標準的數據塊,另一種叫做輔助數據塊(ancillary chunks),這是可選的數據塊。關鍵數據塊定義了4個標準數據塊,每個PNG文件都必須包含它們,PNG讀寫軟件也都必須要支持這些數據塊。雖然PNG文件規范沒有要求PNG編譯碼器對可選數據塊進行編碼和譯碼,但規范提倡支持可選數據塊。
下表就是PNG中數據塊的類別,其中,關鍵數據塊部分我們使用深色背景加以區分。
為了簡單起見,我們假設在我們使用的PNG文件中,這4個數據塊按以上先后順序進行存儲,并且都只出現一次。
數據塊結構
PNG文件中,每個數據塊由4個部分組成,如下:
CRC(cyclic redundancy check)域中的值是對Chunk Type Code域和Chunk Data域中的數據進行計算得到的。CRC具體算法定義在ISO 3309和ITU-T V.42中,其值按下面的CRC碼生成多項式進行計算:
x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
CRC: 一種校驗算法。僅僅用來校驗數據的正確性的
下面,我們依次來了解一下各個關鍵數據塊的結構吧。
IHDR 文件頭數據塊IHDR(header chunk):它包含有PNG文件中存儲的圖像數據的基本信息,并要作為第一個數據塊出現在PNG數據流中,而且一個PNG數據流中只能有一個文件頭數據塊。 文件頭數據塊由13字節組成,它的格式如下表所示。
索引彩色圖像:1,2,4或8
灰度圖像:1,2,4,8或16
真彩色圖像:8或16
0:灰度圖像, 1,2,4,8或16
2:真彩色圖像,8或16
3:索引彩色圖像,1,2,4或8
4:帶α通道數據的灰度圖像,8或16
6:帶α通道數據的真彩色圖像,8或16
0:非隔行掃描
1: Adam7(由Adam M. Costello開發的7遍隔行掃描方法)
- 在MIDP1.0中,只可以使用1.0版本的PNG圖片。
- 文件大小:MIDP支持任意大小的PNG圖片,然而實際上,如果一個圖片過大,會由于內存耗盡而無法讀取。
- 顏色類型:所有顏色類型都有被支持,雖然這些顏色的顯示依賴于實際設備的顯示能力。同時,MIDP也能支持alpha通道,但是,所有的alpha通道信息都會被忽略并且當作不透明的顏色對待。
- 色深:所有的色深都能被支持。
- 壓縮方法:僅支持deflate壓縮方式,這和jar文件的壓縮方式完全相同,所以,PNG圖片數據的解壓和jar文件的解壓可以使用相同的代碼。
- 濾波器方法:在PNG中所有的5種方法都被支持。
- 隔行掃描:雖然MIDP支持0、1兩種方式,然而,當使用隔行掃描時,MIDP卻不會真正的使用隔行掃描方式來顯示。
- PLTE chunk:支持
- IDAT chunk:圖像信息必須使用5種過濾方式中的方式之一 (None, Sub, Up, Average, Paeth)
- IEND chunk:當IEND數據塊被找到時,這個PNG圖像才認為是合法的PNG圖像。
- 可選數據塊:MIDP可以支持下列輔助數據塊,然而,這卻不是必須的。
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt PLTE 調色板數據塊PLTE(palette chunk)包含有與索引彩色圖像(indexed-color image)相關的彩色變換數據,它僅與索引彩色圖像有關,而且要放在圖像數據塊(image data chunk)之前。 PLTE數據塊是定義圖像的調色板信息,PLTE可以包含1~256個調色板信息,每一個調色板信息由3個字節組成:
使用UltraEdit32打開該文件,如下:
00000000~00000007: 可以看到,選中的頭8個字節即為PNG文件的標識。 接下來的地方就是IHDR數據塊了: 00000008~00000020:
- 00 00 00 0D 說明IHDR頭塊長為13
- 49 48 44 52 IHDR標識
- 00 00 00 08 圖像的寬,8像素
- 00 00 00 08 圖像的高,8像素
- 04 色深,2^4=16,即這是一個16色的圖像(也有可能顏色數不超過16,當然,如果顏色數不超過8,用03表示更合適)
- 03 顏色類型,索引圖像
- 00 PNG Spec規定此處總為0(非0值為將來使用更好的壓縮方法預留),表示使壓縮方法(LZ77派生算法)
- 00 同上
- 00 非隔行掃描
- 36 21 A3 B8 CRC校驗
- 00 00 00 27 說明調色板數據長為39字節,既13個顏色數
- 50 4C 54 45 PLTE標識
- FF FF 00 顏色0
- FF ED 00 顏色1
- …… ……
- 09 00 B2 最后一個顏色,12
- 5F F5 BB DD CRC校驗
000000C0~000000F8: 以上選中部分是IDAT數據塊
- 00 00 00 27 數據長為39字節
- 49 44 41 54 IDAT標識
- 78 9C…… 壓縮的數據,LZ77派生壓縮方法
- DA 12 06 A5 CRC校驗
- 如上說過,IDAT數據塊是使用了LZ77壓縮算法生成的,由于受限于手機處理器
其實,我們可以通過改變調色板的色值來完成一些又趣的事情,比如說實現云彩/水波的流動效果,實現圖像的淡入淡出效果等等
RFID管理系統集成商 RFID中間件 條碼系統中間層 物聯網軟件集成