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    1. 家
    2. 图像文件格式
    3. PNG

    What's on this Page

      • 什么是PNG文件?
      • PNG文件格式简史
      • GIF和PNG的功能比较
      • PNG文件结构
        • PNG 文件头
        • 块###
      • 参考 ##

    什么是PNG文件?

    PNG(便携式网络图形)文件是一种使用无损压缩的光栅图像文件格式。此文件格式是作为图形交换格式 (GIF) 的替代品而创建的,没有版权限制。但是,PNG 文件格式不支持动画。 PNG文件格式支持无损图像压缩,使其在用户中很受欢迎。随着时间的推移,PNG 已发展成为广泛使用的图像文件格式之一。

    PNG文件格式简史

    创建 PNG 文件格式的主要原因是用于 GIF 文件格式的专利压缩算法 Lempel-Ziv-Welch。这与其他 GIF 限制一起需要替换 GIF 文件格式。 PNG 文件格式的第一个提案和名称出现在 1995 年 1 月。有关 PNG 文件格式的关键事件如下所列:

    • 1996 年 10 月:PNG 规范版本 1.0 发布,后来作为 RFC 2083 出现。同样在 1996 年 10 月成为 W3C 推荐标准。
    • 1998 年 12 月:发布了 1.1 版,其中有一些小的改动并添加了三个新块。
    • 1999 年 8 月:发布了 1.2 版,增加了一个额外的块。
    • 2003 年 11 月:PNG 成为国际标准 (ISO/IEC 15948:2003)。此版本的 PNG 与 1.2 版略有不同,并且没有添加新的块。
    • 2004 年 3 月:ISO/IEC 15948:2004

    GIF和PNG的功能比较

    PNG文件格式被设计为简单便携、法律上不受阻碍、可互换、灵活和健壮。下表列出了除新功能外,PNG 文件格式继承的 GIF 功能。

    特征GIFPNG
    多达 256 种颜色的索引色图像是是
    支持流媒体是是
    透明度是是
    辅助信息是是
    硬件和平台独立性是是
    有效是是
    高达每像素 48 位的真彩色图像否是
    高达每像素 16 位的灰度图像否是
    全 alpha 通道(一般透明蒙版)否是
    图像伽玛信息否是
    可靠性否是
    更快的初始演示否是

    PNG文件结构

    几乎所有操作系统都支持打开 PNG 文件。例如,Microsoft Windows 查看器能够打开 PNG 文件,因为操作系统默认支持作为安装的一部分。 PNG 文件由一个 PNG signature 后跟一系列 //chunks// 组成。

    PNG 文件头

    PNG 文件的前 8 个字节始终包含以下(十进制)值:

    {{{137 80 78 71 13 10 26 10 }}}

    此签名表明文件的其余部分包含单个 PNG 图像,由一系列以 IHDR 块开始并以 IEND 块结尾的块组成。

    块###

    每个块由四个部分组成:

    长度: 一个 4 字节无符号整数,给出块数据字段中的字节数。长度只计算数据字段,不计算本身、块类型代码或 CRC。零是有效长度。尽管编码器和解码器应将长度视为无符号,但其值不得超过 231 个字节。

    块类型: 4 字节的块类型代码。为了便于描述和检查 PNG 文件,类型代码被限制为由大写和小写 ASCII 字母(AZ 和 az,或 65-90 和 97-122 十进制)组成。但是,编码器和解码器必须将代码视为固定的二进制值,而不是字符串。例如,用这些字母的 EBCDIC 等效项来表示类型代码 IDAT 是不正确的。下一节将讨论块类型的其他命名约定。

    块数据: 适用于块类型的数据字节(如果有)。该字段的长度可以为零。

    CRC: 一个 4 字节的 CRC(循环冗余校验),根据 chunk 中前面的字节计算,包括 chunk type code 和 chunk data 字段,但不包括 length 字段。 CRC 始终存在,即使对于不包含数据的块也是如此。

    块数据长度可以是最大字节数;因此,实现者不能假设块在大于字节的任何边界上对齐。

    块可以以任何顺序出现,受每个块类型的限制。 (一个值得注意的限制是 IHDR 必须首先出现,IEND 必须最后出现;因此 IEND 块用作文件结束标记。)可以出现多个相同类型的块,但前提是该类型特别允许。

    块类型

    根据分配给块类型的 4 字节区分大小写的 ASCII 值,块类型分为 Critical 和 Ancillary 块。所有实现都必须理解并成功呈现标准关键块。一个有效的 PNG 图像必须包含一个 IHDR 块、一个或多个 IDAT 块和一个 IEND 块。

    ### 压缩

    PNG 压缩方法 0(目前为 PNG 定义的唯一压缩方法)指定使用最多 32768 字节的滑动窗口的 deflate/inflate 压缩。 Deflate 压缩是 LZ77 的衍生产品,用于 zip、gzip、pkzip 和相关程序。已经进行了广泛的研究来支持其无专利状态。 zlib 数据流中的压缩数据存储为一系列块,每个块可以表示原始(未压缩)数据、使用固定 Huffman 码编码的 LZ77 压缩数据或使用自定义 Huffman 码编码的 LZ77 压缩数据。最后一个块中的标记位将其标识为最后一个块,从而允许解码器识别压缩数据流的结尾。

    预压缩过滤

    应用预压缩过滤器来准备图像数据以进行最佳压缩。 PNG过滤器方法定义了以下五种基本过滤器类型:

    过滤器类型名称预测值
    0无扫描线未经修改传输
    1Sub传输每个字节与前一个像素对应字节的值之间的差值。
    2UpUp() 过滤器与 Sub() 过滤器类似,只是将当前像素正上方的像素用作预测器,而不是其左侧。
    3AverageAverage() 过滤器使用两个相邻像素(左侧和上方)的平均值来预测一个像素的值。
    4PaethPaeth() 过滤器计算三个相邻像素(左、上、左上)的简单线性函数,然后选择最接近计算值的相邻像素作为预测器。

    过滤算法适用于“字节",而不是像素,无论图像的位深度或颜色类型如何。过滤算法对扫描线形成的字节序列起作用。如果图像包含 Alpha 通道,则 Alpha 数据会以与图像数据相同的方式进行过滤。

    当图像被隔行扫描时,隔行扫描图案的每一次通过都被视为一个独立的图像用于过滤目的。过滤器对在一次传递中实际传输的像素形成的字节序列进行处理,“前一个扫描线"是在同一次传递中先前传输的扫描线,而不是整个图像中相邻的扫描线。请注意,在任何一次传递中传输的子图像始终是矩形的,但宽度和/或高度小于完整图像。当此子图像为空时,不应用过滤。

    参考 ##

    • PNG - 主页

    See Also

    • AAC - 高级音频编码文件
    • AC3 - 音频编解码器 3 文件
    • MIDI 文件格式
    • MP3 - 音频文件格式
    • PPT - PowerPoint 文件格式
     
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