标签：分析 文件 IDAT 调色板 文件格式 图像 数据 PNG
PNG简介
png是一种无损压缩的位图片形格式。其设计目的是为了替代GIF和TIFF文件格式，同时增加一些GIF文件格式所不具备的特性。
png格式是非失真性压缩的，允许使用类似于GIF格式的调色板技术，支持真彩色图像，并具备阿尔法通道（半透明）等特性。png使用从LZ77派生的无损数据压缩算法，由于它压缩比高，生成文件体积小，一般被应用于JAVA程序、网页或S60程序中。
PNG文件结构
PNG文件一般由两大部分组成：
·8字节的PNG文件署名（PNG file signature）域
·按照特定结构组织的3个以上的数据块（chunk）
标准PNG文件结构
| 文件署名域 | 数据块 | ······ | 数据块 |
一.文件署名域
作用：用来识别该文件是否为PNG文件
文件头总是用固定的字节来描述的，共8个字节
| 十进制数 | 十六进制数 |
| 137 80 78 71 1310 26 10 | 89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A |
二.数据块
PNG定义了两种类型的数据块
1.关键数据块（critical chunk），标准的数据块
2.辅助数据块（ancillary chunks），可选的数据块
四种关键数据块
| 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。 |
|---|---|
| 调色板数据块PLTE(palette chunk） | 它包含有与索引彩色图像（（indexed-color image））相关的彩色变换数据，它仅与索引彩色图像有关，而且要放在图像数据块（image data chunk）之前。 |
| 图像数据块IDAT(image data chunk） | 它存储实际的数据，在数据流中可包含多个连续顺序的图像数据块。 |
| 图像结束数据IEND(image trailer chunk） | 它用来标记PNG文件或者数据流已经结束，并且必须要放在文件的尾部。 |
十种辅助数据块
| 背景颜色数据块bKGD(background color） |
| 基色和白色度数据块cHRM(primary chromaticities and white point） |
| 图像γ数据块gAMA(image gamma） |
| 图像直方图数据块hIST(image histogram） |
| 物理像素尺寸数据块pHYs(physical pixel dimensions） |
| 样本有效位数据块sBIT(significant bits） |
| 文本信息数据块tEXt(textual data） |
| 图像最后修改时间数据块tIME (image last-modification time） |
| 图像透明数据块tRNS (transparency） |
| 压缩文本数据块zTXt (compressed textual data） |
| 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 |
数据块结构
| 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 |
关键数据块的结构
IHDR：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。
文件头数据块共有13个字节：
| 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) |
PLTE：它包含有与索引彩色图像（（indexed-color image））相关的彩色变换数据，它仅与索引彩色图像有关，而且要放在图像数据块（image data chunk）之前
PLTE数据块是定义图像的调色板信息，PLTE可以包含1~256个调色板信息，每一个调色板信息由3个字节组成：
| 颜色 | 字节 | 意义 |
| Red | 1 byte | 0 = 黑色, 255 = 红 |
| Green | 1 byte | 0 = 黑色, 255 = 绿色 |
| Blue | 1 byte | 0 = 黑色, 255 = 蓝色 |
因此，调色板的长度应该是3的倍数，否则，这将是一个非法的调色板。
对于索引图像，调色板信息是必须的，调色板的颜色索引从0开始编号，然后是1、2……，调色板的颜色数不能超过色深中规定的颜色数（如图像色深为4的时候，调色板中的颜色数不可以超过2^4=16），否则，这将导致PNG图像不合法。
真彩色图像和带α通道数据的真彩色图像也可以有调色板数据块，目的是便于非真彩色显示程序用它来量化图像数据，从而显示该图像。
IDAT：图像数据块IDAT(image data chunk)：它存储实际的数据，在数据流中可包含多个连续顺序的图像数据块。
IDAT存放着图像真正的数据信息，因此，如果能够了解IDAT的结构，我们就可以很方便的生成PNG图像。
IEND：图像结束数据IEND(image trailer chunk)：它用来标记PNG文件或者数据流已经结束，并且必须要放在文件的尾部。
如果我们仔细观察PNG文件，我们会发现，文件的结尾12个字符看起来总应该是这样的：
| 00 | 00 | 00 | 00 | 49 | 45 | 4E | 44 | AE | 42 | 60 | 82 |
不难明白，由于数据块结构的定义，IEND数据块的长度总是0（00 00 00 00，除非人为加入信息），数据标识总是IEND（49 45 4E 44），因此，CRC码也总是AE 42 60 82。
实例分析
使用visual studio 二进制编辑器打开png格式文件
文件头
前8个字节为
| 89 | 50 | 4E | 47 | 0D | 0A | 1A | 0A |
IHDR
| 域的名称 | 字节数 | 实例数据 | 说明 |
| Length | 4 bytes |  | 数据块长度为13 |
| Chunk Type Code | 4 bytes |   | IHDR标识 |
| width | 4 bytes |  | 宽度为33795像素 |
| Height | 4 bytes |  | 高度为32513像素 |
| Bit depth | 1 byte |  | 图像深度为8位 |
| ColorType | 1 byte |  | 颜色类型为6，即带α通道数据的真彩色图像 |
| Compression method | 1 byte |  | 无压缩 |
| Filter method | 1 byte |  | 无滤波 |
| Interlace method | 1 byte |  | 非隔行扫描 |
| CRC | 4 bytes |  | 循环冗余码 |
pHYs
| 名称 | 实际结果 | 说明 |
| Length |  | 数据块长度为9 |
| Chunk Type Code |  | 数据块类型为pHYs |
| Chunk Data | 实际数据 |
IDAT
| 名称 | 实际结果 | 说明 |
| Length |  | 数据块长度为8192 |
| Chunk Type Code |  | 数据块类型为IDAT |
| Chunk Data | 实际数据 |
IEND
与上描述一致
参考文献
[1]PNG文件分析
标签：分析,文件,IDAT,调色板,文件格式,图像,数据,PNG 来源： https://blog.csdn.net/m0_58972462/article/details/123572070
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