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PNG文件结构分析之一(了解PNG文件存储格式)(转)

原创 Linux操作系统 作者:jcszjswkzhou 时间:2019-06-23 12:12:06 0 删除 编辑

前言

我们都知道,在进行J2ME的手机应用程序开发的时候,在图片的使用上,我们可以使用PNG格式的图片(甚至于在有的手机上,我们只可以使用PNG格式的图片),尽管使用图片可以为我们的应用程序增加不少亮点,然而,只支持PNG格式的图片却又限制了我们进一步发挥的可能性(其实,应该说是由于手机平台上的处理能力有限)。 在MIDP2中,或者某些厂商(如NOKIA)提供的API中,提供了drawPixels/getPixels的方法,这些方法进一步提高了开发者处理图片的灵活性,然而,在MIDP2还未完全普及的今天,我们需要在MIDP1 .0中实现这类方法还属于异想天开,因此,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

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:
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
6:带α通道数据的真彩色图像,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遍隔行扫描方法)

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,

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