PNG是20世纪90年代中期开始开发的图像文件存储格式,其目的是企图替代GIF和TIFF文件格式,同时增加一些GIF文件格式所不具备的特性。流式网络图形格式(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,读成“ping”。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使用从LZ77派生的无损数据压缩算法。
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。
(1) PNG文件署名域
8字节的PNG文件署名域用来识别该文件是不是PNG文件。该域的值是:
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 |
(2) 数据块的结构
每个数据块都由表6-07所示的的4个域组成。
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 |
在表6-07中,CRC(cyclicredundancycheck)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
数据块结构
1. 关键数据块
关键数据块中的4个标准数据块是:
(1) 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,它的格式如表6-08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 |
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 |
(2) 调色板数据块PLTE(palette chunk):它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。真彩色的PNG数据流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。调色板数据块结构如表6-09所示。
域的名称 |
字节数 |
说明 |
---|---|---|
Red | 1 byte | 0 = 黑,255 = 红 |
Green | 1 byte | 0 = 黑,255 = 绿 |
Blue | 1 byte | 0 = 黑,255 = 蓝 |
调色板实际是一个彩色索引查找表,它的表项数目可以是1~256中的一个数,每个表项有3字节,因此调色板数据块所包含的最大字节数为768。
(3) 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。
(4) 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。
除了表示数据块开始的IHDR必须放在最前面, 表示PNG文件结束的IEND数据块放在最后面之外,其他数据块的存放顺序没有限制。
2. 辅助数据块
PNG文件格式规范制定的10个辅助数据块是:
(1) 背景颜色数据块bKGD(background color)。
(2) 基色和白色度数据块cHRM(primary chromaticities and white point)。所谓白色度是指当R=G=B=最大值时在显示器上产生的白色度。
(3) 图像γ数据块gAMA(image gamma)。
(4) 图像直方图数据块hIST(image histogram)。
(5) 物理像素尺寸数据块pHYs(physical pixel dimensions)。
(6) 样本有效位数据块sBIT(significant bits)。
(7) 文本信息数据块tEXt(textual data)。
(8) 图像最后修改时间数据块tIME (image last-modification time)。
(9) 图像透明数据块tRNS (transparency)。
(10) 压缩文本数据块zTXt (compressed textual data)。
3. 数据块摘要
关键数据块、辅助数据块和专用公共数据块(special-purpose public chunks)综合在表6-10中。
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 |
tEXt和zTXt数据块中的标准关键字:
Title |
图像名称或者标题 |
Author |
图像作者名 |
Description |
图像说明 |
Copyright |
版权声明 |
CreationTime |
原图创作时间 |
Software |
创作图像使用的软件 |
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