PNG格式的数据结构

一、什么是PNG格式？

PNG是便携式网络图形的英文缩写，是一种常用的图片格式，其特点是压缩比高、体积小，并且是无损压缩，支持透明效果，支持真彩和灰度级图像的Alpha通道透明度，最高支持24位真彩色图像以及8位灰度图像。除此之外，PNG支持文件的流式读/写。

二、PNG格式的文件结构

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），这是必需的数据块，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，分别为IHDR（文件头数据块），PLTE（调色板数据块），IDAT（图像数据块），IEND（图像结束数据）。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。

三、数据块（chunk）的结构

PNG的每一个数据块又可分为四个域，分别为长度、类型、数据域、循环冗余检测。

长度：显示数据字段的长度信息，为4字节无符号整数，故数据长度限制在（2^31-1）字节。

类型：为4字节数据块类型码，为了便于描述和检查PNG文件，类型代码仅限于大写和小写的ASCII字母。

数据域：存储按照数据块类型码指定的数据，该字段可以是长度为零。

循环冗余检测：一个4字节的CRC（循环冗余校验）计算，在所述块的前面的字节，包括该块类型的代码和数据块的数据字段，但是不包括长度字段。 CRC始终存在，即使不包含数据块。

以一幅png图像为例，用二进制查看器打开，具体分析其数据块结构。

得到的二进制数据：

文件头数据块（IHDR）
png文件的前8个字节为固定的文件头信息，表明为png文件，其后便为IHDR。
IHDR的前1-4字节表示IHDR的长度（00 00 00 0D），可知长度为13。5-8字节(49 48 44 52)为数据块类型码，表明数据块为IHDR。9-16字节存储了图像的宽高信息（00 00 20 00 00 00 20 00），可知图片的宽高为512x512。其后的5个字节分别表示了图像的色深、颜色类型、滤波器方法、隔行扫描方法，最后四个字节为CRC循环冗余检测。

调色板数据块（PLTE）

调色板数据块的色彩存储格式为RGB（各1byte），是一个彩色索引查找表，每个表项为3字节。而图片的数据块里的像素直接存储调色板里的索引值，根据索引寻找对应的颜色及透明色。在IHDR中可得知图片为带α通道的真彩色图像，故没有调色板数据块。

图像数据块IDAT

在PLTE之后便为图像数据块，存储图像的具体数据。

图像结束数据IEND

固定12个字节放在数据流的末尾，标志着图像的结束。

四、其他辅助数据块

PNG文件规范制定了10个辅助数据块：

1、背景颜色数据块bKGD
2、基色和白色度数据块cHRM
3、图像γ数据块gAMA
4、图像直方图数据块hIST
5、物理像素尺寸数据块pHYs
6、样本有效位数据块sBIT
7、文本信息数据块tEXt
8、图像最后修改时间数据块tIME
9、图像透明数据块tRNS
10、压缩文本数据块zTXt