PNG文件格式详解

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最近在看隐写术的时候经常需要研究图片文件的二进制文档格式，那么这就很有必要了解我们的图片文件究竟是如何保存的了，今天找了个时间看了下png文件的文档格式。总体还是挺麻烦的，不过毕竟不需要有什么要求，能了解即可。

PNG是20世纪90年代中期开始开发的图像文件存储格式，其目的是替代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。流式网络图形格式(Portable Network Graphic Format，PNG)名称来源于非官方的“PNG’s Not GIF”，是一种位图文件(bitmap file)存储格式，读成“ping”。PNG用来存储灰度图像时，灰度图像的深度可多到16位，存储彩色图像时，彩色图像的深度可多到48位，并且还可存储多到16位的α通道数据。PNG使用从LZ77派生的无损数据压缩算法。（说白了这就是一种方便的、适于网络传播的轻便图片文件格式）

PNG图像格式文件由文件署名和数据块(chunk)组成。

8字节的PNG文件署名域用来识别该文件是不是PNG文件。该域的值是：

这个文件署名就是在《利用文件头标志判断文件类型》中提到的文件头标志了，很简单。

这里有两种类型的数据块，一种是称为关键数据块(critical chunk)，就是必须要有的块；另一种叫做辅助数据块(ancillary chunks)。

每个数据块都由下表所示的的4个域组成。

其中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，可以看做一种校验码。

关键数据块中的4个标准数据块是：

(1) 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，组成结构如下：

(2) 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。真彩色的PNG数据流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。结构如下：

|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|

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，因此调色板数据块所包含的最大字节数为768，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。

(3) 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。

(4) 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。

最后，除了表示数据块开始的IHDR必须放在最前面， 表示PNG文件结束的IEND数据块放在最后面之外，其他数据块的存放顺序没有限制。

（比较杂，不需要全部了解透）

PNG文件格式规范制定的10个辅助数据块是：

关键数据块、辅助数据块和专用公共数据块(special-purpose public chunks)综合下表中：

tEXt和zTXt数据块中的标准关键字：

为了便于研究，我在本地找了个24x24像素的图片：

用十六进制打开后是这样的：