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:
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 |
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。
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 |
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:
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,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
下面,我们依次来了解一下各个关键数据块的结构吧。
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 |
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: |
ColorType |
1 byte |
颜色类型: |
Comdivssion 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: |
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http://www.w3.org/TR/REC-png.html
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
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。