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前言

只要是做圖片的或者與圖片相關(guān)的，那么圖片的格式就是一個不可以繞過的問題，我們見過很多的圖片格式，但是具體不同的圖片格式是如何定義的，又具有什么特點(diǎn)，很多時候我們都沒有深入研究過，下面我們就開始深入研究。

幾種圖片格式

圖片有很多的格式，包括PNG、JPEG、JPG、BMP等，下面我們就詳細(xì)的說一下這幾張圖片的格式，并進(jìn)行詳細(xì)的對比。

PNG

便攜式網(wǎng)絡(luò)圖形（Portable Network Graphics）是一種無損壓縮的位圖圖形格式 。其設(shè)計目的是試圖替代GIF和TIFF文件格式，同時增加一些GIF文件格式所不具備的特性。PNG的名稱來源于“可移植網(wǎng)絡(luò)圖形格式(Portable Network Graphic Format，PNG)”，也有一個非官方解釋“PNG's Not GIF”。PNG使用從LZ77派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法，一般應(yīng)用于JAVA程序、網(wǎng)頁或S60程序中，原因是它壓縮比高，生成文件體積小。

1. 特點(diǎn)

PNG格式的圖片具有如下特點(diǎn)：

• 體積?。壕W(wǎng)絡(luò)通訊中因受帶寬制約，在保證圖片清晰、逼真的前提下，網(wǎng)頁中不可能大范圍的使用文件較大的bmp格式文件。

• 無損壓縮：PNG文件采用LZ77算法的派生算法進(jìn)行壓縮，其結(jié)果是獲得高的壓縮比，不損失數(shù)據(jù)。它利用特殊的編碼方法標(biāo)記重復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，因而對圖像的顏色沒有影響，也不可能產(chǎn)生顏色的損失，這樣就可以重復(fù)保存而不降低圖像質(zhì)量。

• 索引彩色模式：PNG-8格式與GIF圖像類似，同樣采用8位調(diào)色板將RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換為索引彩色圖像。圖像中保存的不再是各個像素的彩色信息，而是從圖像中挑選出來的具有代表性的顏色編號，每一編號對應(yīng)一種顏色，圖像的數(shù)據(jù)量也因此減少，這對彩色圖像的傳播非常有利。

• 更優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)傳輸顯示： PNG圖像在瀏覽器上采用流式瀏覽，即使經(jīng)過交錯處理的圖像會在完全下載之前提供瀏覽者一個基本的圖像內(nèi)容，然后再逐漸清晰起來。它允許連續(xù)讀出和寫入圖像數(shù)據(jù)，這個特性很適合于在通信過程中顯示和生成圖像。

• 支持透明效果：PNG可以為原圖像定義256個透明層次，使得彩色圖像的邊緣能與任何背景平滑地融合，從而徹底地消除鋸齒邊緣。這種功能是GIF和JPEG沒有的。

• PNG同時還支持真彩和灰度級圖像的Alpha通道透明度。

• 最高支持24位真彩色圖像以及8位灰度圖像。

• 支持Alpha通道的透明/半透明特性。

• 支持圖像亮度的Gamma校準(zhǔn)信息。

• 支持存儲附加文本信息，以保留圖像名稱、作者、版權(quán)、創(chuàng)作時間、注釋等信息。

• 漸近顯示和流式讀寫，適合在網(wǎng)絡(luò)傳輸中快速顯示預(yù)覽效果后再展示全貌。

• 使用CRC防止文件出錯。

• 最新的PNG標(biāo)準(zhǔn)允許在一個文件內(nèi)存儲多幅圖像。

2. 文件結(jié)構(gòu)

PNG圖像格式文件（或者稱為數(shù)據(jù)流）由一個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個以上的數(shù)據(jù)塊（chunk）組成。

文件署名域

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

• 十進(jìn)制數(shù)137 80 78 71 13 10 26 10
• 十六進(jìn)制數(shù) 89 50 4e 47 0d 0a 1a 0a

數(shù)據(jù)塊類型碼命名約定

• 輔助位： 第一個字節(jié)的第5位是0（大寫）=關(guān)鍵，1（小寫）=輔助。一個解碼器遇到一個不能識別的塊時，如果發(fā)現(xiàn)輔助位為1則可以放心地忽略該塊，并繼續(xù)顯示圖像。

• 私人位：第二個字節(jié)的第5位是0（大寫）=公用，1（小寫）=私人。應(yīng)用程序也可以定義私有（未注冊）塊來達(dá)到自己的目的。需要注意的是解碼器并不需要理會塊的私人位——因?yàn)樗鼪]有功能上的意義，它只是一個管理上的便利，以確保公共塊和私人塊名稱不會沖突。

• 保留位：第三個字節(jié)的第5位必須為0（大寫）。該位的意義是為將來可能的擴(kuò)展保留。

• 安全拷貝位：第4個字節(jié)的第5位是0（大寫）=復(fù)制不安全，1（小寫）=復(fù)制安全。

  • 該位為0（大寫），表示該塊的內(nèi)容隨圖像數(shù)據(jù)的更新而更新，如果修改了任何關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊（包括增添、修改、刪除以及關(guān)鍵塊的重新排序），就不要把不能識別且“復(fù)制不安全”的塊輸出到新的png文件中。（如果png編輯器可以識別該塊，那么當(dāng)然可以選擇輸出適當(dāng)修改后的版本）
  • 該位為1（小寫），表示不論png編輯器是否可以識別該塊，也不管png文件被多大程度地修改，該塊都可以被拷貝到修改后的png文件中。
  • 如果只有輔助塊的增添、刪除、修改或輔助塊的重新排序，png編輯器將總是被允許將不能識別的輔助塊拷貝到修改后的png文件中，這就要求：不論”安全拷貝位“如何設(shè)置，一個輔助塊都不能僅隨其它輔助塊的更新而更新。（即，如果在png中加入自定義的輔助塊，必須做到當(dāng)僅更新其他輔助塊中的數(shù)據(jù)時，該輔助塊不需要連帶更新，否則上述機(jī)制就會破壞該輔助塊與其余圖像數(shù)據(jù)的一致性）
  • 如果png編輯器遇到一個不能識別的關(guān)鍵塊，因?yàn)闆]有辦法確定修改包含這種塊的文件后png文件還是否有效，所以png編輯器應(yīng)立刻停止修改這個png文件。（簡單地刪除這個塊的做法不夠好，因?yàn)檫@個塊還可能與解碼其他塊有關(guān)）
  • 復(fù)制安全/不安全的機(jī)制是為輔助塊設(shè)計的。對于關(guān)鍵塊，”安全拷貝位“應(yīng)該總是為0。

3. 數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)

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），這是必需的數(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個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)塊，每個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。

數(shù)據(jù)塊的4個域組成如下圖所示。

下面我們就分析下這個結(jié)構(gòu)。

• 長度：一個4字節(jié)的無符號整數(shù)，給出數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字段的長度（以字節(jié)計）。 長度只計算數(shù)據(jù)域，為了兼容一些不支持無符號的語言,所以長度限制在(2³¹ - 1)字節(jié)，不能達(dá)到(2³² - 1)字節(jié)。
• 數(shù)據(jù)塊類型碼：一個4字節(jié)的塊類型代碼。 為了便于描述和檢查PNG文件，類型代碼僅限于大寫和小寫的ASCII字母（A - Z和a - z，使用十進(jìn)制ASCII代碼表示為65-90和97-122）。 然而，編碼器和解碼器必須把代碼作為固定的二進(jìn)制值而非字符串來處理。
• 數(shù)據(jù)域：數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)域，存儲按照數(shù)據(jù)塊類型碼指定的數(shù)據(jù)（如果有的話）。 該字段可以是長度為零。
• 循環(huán)冗余檢測：一個4字節(jié)的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）計算，在所述塊的前面的字節(jié)，包括該塊類型的代碼和數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字段，但是不包括長度字段。 CRC始終存在，即使不包含數(shù)據(jù)塊。CRC(cyclic redundancy check）域中的值是對Chunk Type Code域和Chunk Data域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算得到的。CRC具體算法定義在ISO 3309和ITU-T V.42中。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊

關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊的組成如下所示。

• IHDR：文件頭數(shù)據(jù)塊IHDR(header chunk)：它包含有PNG文件中存儲的圖像數(shù)據(jù)的基本信息，并要作為第一個數(shù)據(jù)塊出現(xiàn)在PNG數(shù)據(jù)流中，而且一個PNG數(shù)據(jù)流中只能有一個文件頭數(shù)據(jù)塊。
• PLTE：調(diào)色板數(shù)據(jù)塊PLTE(palette chunk)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。PLTE數(shù)據(jù)塊是定義圖像的調(diào)色板信息，PLTE可以包含1~256個調(diào)色板信息，每一個調(diào)色板信息由3個字節(jié)組成。
• IDAT：圖像數(shù)據(jù)塊IDAT(image data chunk)：它存儲實(shí)際的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)流中可包含多個連續(xù)順序的圖像數(shù)據(jù)塊。IDAT存放著圖像真正的數(shù)據(jù)信息，因此，如果能夠了解IDAT的結(jié)構(gòu)，我們就可以很方便的生成PNG圖像。
• IEND：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。如果我們仔細(xì)觀察PNG文件，我們會發(fā)現(xiàn)，文件的結(jié)尾12個字符看起來總應(yīng)該是這樣的：
  0000000049454E44AE426082，不難明白，由于數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)的定義，IEND數(shù)據(jù)塊的長度總是0（00 00 00 00，除非人為加入信息），數(shù)據(jù)標(biāo)識總是IEND（49 45 4E 44），因此，CRC碼也總是AE 42 60 82。

輔助數(shù)據(jù)塊

看下面這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。

4. 幾種PNG格式

PNG格式有8位、24位、32位三種形式，其中8位PNG支持兩種不同的透明形式（索引透明和alpha透明），24位PNG不支持透明，32位PNG在24位基礎(chǔ)上增加了8位透明通道，因此可展現(xiàn)256級透明程度。
PNG8和PNG24后面的數(shù)字則是代表這種PNG格式最多可以索引和存儲的顏色值?！?″代表2的8次方也就是256色，而24則代表2的24次方大概有1600多萬色。

具體如下圖所示。

5. 與GIF比較

• 一般情況下將靜態(tài)GIF圖像無損轉(zhuǎn)換為PNG后可以壓縮率會略為提高（前提是同樣采用8位索引模式）。
• PNG可提供更大顏色深度的支持，包括24位（8位3通道）和48位（16位3通道）真彩色。加入α通道后可進(jìn)一步支持每像素64位的表示。
• 超過8位色深的PNG圖像轉(zhuǎn)換為GIF時，圖像質(zhì)量會由于分色（顏色數(shù)減少）而下降。
• GIF原生支持動態(tài)圖像，PNG只能通過非標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，在PNG的基礎(chǔ)上另有發(fā)展出支持動畫的APNG和MNG格式，但目前普及度不高。

參考文章

1. PNG,JPEG,BMP,JIF圖片格式詳解及其對比
2. PNG

后記

未完，待續(xù)~~~