6.4.1 簡(jiǎn)介

PNG是20世紀(jì)90年代中期開始開發(fā)的圖像文件存儲(chǔ)格式，其目的是企圖替代GIF和TIFF文件格式，同時(shí)增加一些GIF文件格式所不具備的特性。流式網(wǎng)絡(luò)圖形格式(Portable Network Graphic Format，PNG)名稱來源于非官方的“PNG's Not GIF”，是一種位圖文件(bitmap file)存儲(chǔ)格式，讀成“ping”。PNG用來存儲(chǔ)灰度圖像時(shí)，灰度圖像的深度可多到16位，存儲(chǔ)彩色圖像時(shí)，彩色圖像的深度可多到48位，并且還可存儲(chǔ)多到16位的α通道數(shù)據(jù)。PNG使用從LZ77派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法。

PNG文件格式保留GIF文件格式的下列特性：

1. 使用彩色查找表或者叫做調(diào)色板可支持256種顏色的彩色圖像。
2. 流式讀/寫性能(streamability)：圖像文件格式允許連續(xù)讀出和寫入圖像數(shù)據(jù)，這個(gè)特性很適合于在通信過程中生成和顯示圖像。
3. 逐次逼近顯示(progressive display)：這種特性可使在通信鏈路上傳輸圖像文件的同時(shí)就在終端上顯示圖像，把整個(gè)輪廓顯示出來之后逐步顯示圖像的細(xì)節(jié)，也就是先用低分辨率顯示圖像，然后逐步提高它的分辨率。
4. 透明性(transparency)：這個(gè)性能可使圖像中某些部分不顯示出來，用來創(chuàng)建一些有特色的圖像。
5. 輔助信息(ancillary information)：這個(gè)特性可用來在圖像文件中存儲(chǔ)一些文本注釋信息。
6. 獨(dú)立于計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境。
7. 使用無損壓縮。

PNG文件格式中要增加下列GIF文件格式所沒有的特性：

1. 每個(gè)像素為48位的真彩色圖像。
2. 每個(gè)像素為16位的灰度圖像。
3. 可為灰度圖和真彩色圖添加α通道。
4. 添加圖像的γ信息。
5. 使用循環(huán)冗余碼(cyclic redundancy code，CRC)檢測(cè)損害的文件。
6. 加快圖像顯示的逐次逼近顯示方式。
7. 標(biāo)準(zhǔn)的讀/寫工具包。
8. 可在一個(gè)文件中存儲(chǔ)多幅圖像。

PNG圖像格式文件(或者稱為數(shù)據(jù)流)由一個(gè)8字節(jié)的PNG文件署名(PNG file signature)域和按照特定結(jié)構(gòu)組織的3個(gè)以上的數(shù)據(jù)塊(chunk)組成。

PNG定義了兩種類型的數(shù)據(jù)塊，一種是稱為關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊(critical chunk)，這是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊，另一種叫做輔助數(shù)據(jù)塊(ancillary chunks)，這是可選的數(shù)據(jù)塊。關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊定義了4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)PNG文件都必須包含它們，PNG讀寫軟件也都必須要支持這些數(shù)據(jù)塊。雖然PNG文件規(guī)范沒有要求PNG編譯碼器對(duì)可選數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼和譯碼，但規(guī)范提倡支持可選數(shù)據(jù)塊。

8字節(jié)的PNG文件署名域用來識(shí)別該文件是不是PNG文件。該域的值是：

每個(gè)數(shù)據(jù)塊都由表6-07所示的的4個(gè)域組成。

在表6-07中，CRC(cyclic redundancy check)域中的值是對(duì)Chunk Type Code域和Chunk Data域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到的。CRC具體算法定義在ISO 3309和ITU-T V.42中，其值按下面的CRC碼生成多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算：

x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1

關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊中的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)塊是：

(1) 文件頭數(shù)據(jù)塊IHDR(header chunk)：它包含有PNG文件中存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)的基本信息，并要作為第一個(gè)數(shù)據(jù)塊出現(xiàn)在PNG數(shù)據(jù)流中，而且一個(gè)PNG數(shù)據(jù)流中只能有一個(gè)文件頭數(shù)據(jù)塊。

文件頭數(shù)據(jù)塊由13字節(jié)組成，它的格式如表6-08所示。

(2) 調(diào)色板數(shù)據(jù)塊PLTE(palette chunk)：它包含有與索引彩色圖像((indexed-color image))相關(guān)的彩色變換數(shù)據(jù)，它僅與索引彩色圖像有關(guān)，而且要放在圖像數(shù)據(jù)塊(image data chunk)之前。真彩色的PNG數(shù)據(jù)流也可以有調(diào)色板數(shù)據(jù)塊，目的是便于非真彩色顯示程序用它來量化圖像數(shù)據(jù)，從而顯示該圖像。調(diào)色板數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)如表6-09所示。

調(diào)色板實(shí)際是一個(gè)彩色索引查找表，它的表項(xiàng)數(shù)目可以是1～256中的一個(gè)數(shù)，每個(gè)表項(xiàng)有3字節(jié)，因此調(diào)色板數(shù)據(jù)塊所包含的最大字節(jié)數(shù)為768。

(3) 圖像數(shù)據(jù)塊IDAT(image data chunk)：它存儲(chǔ)實(shí)際的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)流中可包含多個(gè)連續(xù)順序的圖像數(shù)據(jù)塊。

(4) 圖像結(jié)束數(shù)據(jù)IEND(image trailer chunk)：它用來標(biāo)記PNG文件或者數(shù)據(jù)流已經(jīng)結(jié)束，并且必須要放在文件的尾部。

除了表示數(shù)據(jù)塊開始的IHDR必須放在最前面， 表示PNG文件結(jié)束的IEND數(shù)據(jù)塊放在最后面之外，其他數(shù)據(jù)塊的存放順序沒有限制。

PNG文件格式規(guī)范制定的10個(gè)輔助數(shù)據(jù)塊是：

(1) 背景顏色數(shù)據(jù)塊bKGD(background color)。

(2) 基色和白色度數(shù)據(jù)塊cHRM(primary chromaticities and white point)。所謂白色度是指當(dāng)R＝G＝B＝最大值時(shí)在顯示器上產(chǎn)生的白色度。

(3) 圖像γ數(shù)據(jù)塊gAMA(image gamma)。

(4) 圖像直方圖數(shù)據(jù)塊hIST(image histogram)。

(5) 物理像素尺寸數(shù)據(jù)塊pHYs(physical pixel dimensions)。

(6) 樣本有效位數(shù)據(jù)塊sBIT(significant bits)。

(7) 文本信息數(shù)據(jù)塊tEXt(textual data)。

(8) 圖像最后修改時(shí)間數(shù)據(jù)塊tIME (image last-modification time)。

(9) 圖像透明數(shù)據(jù)塊tRNS (transparency)。

(10) 壓縮文本數(shù)據(jù)塊zTXt (compressed textual data)。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊、輔助數(shù)據(jù)塊和專用公共數(shù)據(jù)塊(special-purpose public chunks)綜合在表6-10中。