PNG文件结构分析 ---Png解析

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

[align=left]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：[/align]
[align=left] [/align]

[align=left]十进制数[/align]	[align=left]137 80 78 71 13 10 26 10[/align]
[align=left]十六进制数[/align]	[align=left]89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A[/align]

[align=center] [/align]
[align=left]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：[/align]
[align=left] [/align]

[align=left]PNG文件标志[/align]

[align=left]PNG数据块[/align]

[align=left]……[/align]

[align=left]PNG数据块[/align]

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。

[align=center]PNG文件格式中的数据块[/align]
[align=center]数据块符号[/align]	[align=center]数据块名称[/align]	[align=center]多数据块[/align]	[align=center]可选否[/align]	[align=center]位置限制[/align]
[align=left]IHDR[/align]	[align=left]文件头数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]第一块[/align]
[align=left]cHRM[/align]	[align=left]基色和白色点数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在PLTE和IDAT之前[/align]
[align=left]gAMA[/align]	[align=left]图像γ数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在PLTE和IDAT之前[/align]
[align=left]sBIT[/align]	[align=left]样本有效位数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在PLTE和IDAT之前[/align]
[align=left]PLTE[/align]	[align=left]调色板数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在IDAT之前[/align]
[align=left]bKGD[/align]	[align=left]背景颜色数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在PLTE之后IDAT之前[/align]
[align=left]hIST[/align]	[align=left]图像直方图数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在PLTE之后IDAT之前[/align]
[align=left]tRNS[/align]	[align=left]图像透明数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在PLTE之后IDAT之前[/align]
[align=left]oFFs[/align]	[align=left](专用公共数据块)[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在IDAT之前[/align]
[align=left]pHYs[/align]	[align=left]物理像素尺寸数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在IDAT之前[/align]
[align=left]sCAL[/align]	[align=left](专用公共数据块)[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]在IDAT之前[/align]
[align=left]IDAT[/align]	[align=left]图像数据块[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]与其他IDAT连续[/align]
[align=left]tIME[/align]	[align=left]图像最后修改时间数据块[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]无限制[/align]
[align=left]tEXt[/align]	[align=left]文本信息数据块[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]无限制[/align]
[align=left]zTXt[/align]	[align=left]压缩文本数据块[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]无限制[/align]
[align=left]fRAc[/align]	[align=left](专用公共数据块)[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]无限制[/align]
[align=left]gIFg[/align]	[align=left](专用公共数据块)[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]无限制[/align]
[align=left]gIFt[/align]	[align=left](专用公共数据块)[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]无限制[/align]
[align=left]gIFx[/align]	[align=left](专用公共数据块)[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]是[/align]	[align=left]无限制[/align]
[align=left]IEND[/align]	[align=left]图像结束数据[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]否[/align]	[align=left]最后一个数据块[/align]

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：

[align=left]名称[/align]	[align=left]字节数[/align]	[align=left]说明[/align]
[align=left]Length (长度)[/align]	[align=left]4字节[/align]	[align=left]指定数据块中数据域的长度，其长度不超过(231－1)字节[/align]
[align=left]Chunk Type Code (数据块类型码)[/align]	[align=left]4字节[/align]	[align=left]数据块类型码由ASCII字母(A-Z和a-z)组成[/align]
[align=left]Chunk Data (数据块数据)[/align]	[align=left]可变长度[/align]	[align=left]存储按照Chunk Type Code指定的数据[/align]
[align=left]CRC (循环冗余检测)[/align]	[align=left]4字节[/align]	[align=left]存储用来检测是否有错误的循环冗余码[/align]

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。

[align=left]IHDR[/align]
[align=left]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。[/align]
[align=left]文件头数据块由13字节组成，它的格式如下表所示。[/align]

[align=center]域的名称[/align]	[align=center]字节数[/align]	[align=center]说明[/align]
[align=left]Width[/align]	[align=left]4 bytes[/align]	[align=left]图像宽度，以像素为单位[/align]
[align=left]Height[/align]	[align=left]4 bytes[/align]	[align=left]图像高度，以像素为单位[/align]
[align=left]Bit depth[/align]	[align=left]1 byte[/align]	[align=left]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[/align]
[align=left]ColorType[/align]	[align=left]1 byte[/align]	[align=left]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[/align]
[align=left]Compression method[/align]	[align=left]1 byte[/align]	[align=left]压缩方法(LZ77派生算法)[/align]
[align=left]Filter method[/align]	[align=left]1 byte[/align]	[align=left]滤波器方法[/align]
[align=left]Interlace method[/align]	[align=left]1 byte[/align]	[align=left]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)[/align]

[align=left]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：[/align]

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。

[align=left]bKGD cHRM gAMA hIST iCCP iTXt pHYs
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]PLTE[/align]
[align=left]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。[/align]
[align=left]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：[/align]

[align=center]颜色[/align]	[align=center]字节[/align]	[align=center]意义[/align]
[align=left]Red[/align]	[align=left]1 byte[/align]	[align=left]0 = 黑色, 255 = 红[/align]
[align=left]Green[/align]	[align=left]1 byte[/align]	[align=left]0 = 黑色, 255 = 绿色[/align]
[align=left]Blue[/align]	[align=left]1 byte[/align]	[align=left]0 = 黑色, 255 = 蓝色[/align]

[align=left]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。[/align]
[align=left]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。[/align]
[align=left]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。[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]IDAT[/align]
[align=left]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。[/align]
[align=left]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。[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]IEND[/align]
[align=left]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。[/align]
[align=left]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：[/align]
[align=left]00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82[/align]
[align=left]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。[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]实例研究PNG[/align]
[align=left]以下是由Fireworks生成的一幅图像，图像大小为8*8，[/align]
[align=left]为了方便观看，将图像放大：[/align]
[align=left]

使用UltraEdit32打开该文件，如下：
00000000~00000007：[/align]
[align=left]可以看到，选中的头8个字节即为PNG文件的标识。[/align]
[align=left]接下来的地方就是IHDR数据块了：[/align]
[align=left]00000008~00000020：[/align]

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

[align=left]00000021~0000002F：[/align]
[align=left]可选数据块sBIT，颜色采样率，RGB都是256（2^8=256）[/align]
[align=left]00000030~00000062：[/align]
[align=left]这里是调色板信息[/align]

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

[align=left]00000063~000000C5：[/align]
[align=left]这部分包含了pHYs、tExt两种类型的数据块共3块，由于并不太重要，因此也不再详细描述了。

000000C0~000000F8：[/align]
[align=left]以上选中部分是IDAT数据块[/align]

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

[align=left]IDAT中压缩数据部分在后面会有详细的介绍。[/align]
[align=left]000000F9~00000104：[/align]
[align=left]IEND数据块，这部分正如上所说，通常都应该是[/align]
[align=left]00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82[/align]
[align=left]至此，我们已经能够从一个PNG文件中识别出各个数据块了。由于PNG中规定除关键数据块外，其它的辅助数据块都为可选部分，因此，有了这个标准后，我们可以通过删除所有的辅助数据块来减少PNG文件的大小。（当然，需要注意的是，PNG格式可以保存图像中的层、文字等信息，一旦删除了这些辅助数据块后，图像将失去原来的可编辑性。）[/align]
[align=left]删除了辅助数据块后的PNG文件，现在文件大小为147字节，原文件大小为261字节，文件大小减少后，并不影响图像的内容。[/align]

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
http://www.cnblogs.com/lidabo/p/3701197.html