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一江秋水
[专家分：9680] 发布于 2008-10-01 15:30:00
png文件的数据结构
PNG是20世纪90年代中期开始开发的图像文件存储格式，其目的是企图替代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”。P
NG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。
一、数据结构
1.PNG数据块
PNG定义了两种类型的数据块，一种是称为关键数据块，这是标准的数据块，另一种叫做辅助数据
块，这是可选的数据块。关键数据块定义了５个标准数据块，每个PNG文件都必须包含它们，PNG读写软
件也必须要支持这些数据块。至于可选数据块，规范只是提倡予以支持。
下表就是PNG中数据块的类别，其中 * 号表示关键数据块：
----------------------------------------------------------------
数据块符号 数据块名称 多数据块 可选否 位置限制
----------------------------------------------------------------
* PNG文件标识 否 第一块
IHDR * 文件头数据块 否 否 第二块
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 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 * 图像结束数据块 否 否 最后一块
--------------------------------------------------------------
除了关键数据块，其它的数据块都是可有可无的。
2.数据块结构
PNG文件中，除了PNG文件标识外，所有的数据块均由４个部分组成，如下表：
----------------------------------------------------------------------
顺号 名称 字节数 说明
----------------------------------------------------------------------
１长度 4 指定第３部分数据域的长度
２数据块符号 4 由数据块符号的 Ascii 码组成
３数据域 不定 存储按照 Chunk Type Code 指定的数据
４CRC校验 4 又称循环冗余检测，用来检测是否有错误
----------------------------------------------------------------------
循环冗余检测中的值是对第２部分数据块符号和第３部分数据域进行计算得到的，具体算法定义在
ISO 3309 和ITU-T V.42中，其值按下面的 CRC 码生成多项式进行计算：
x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
3.５个关键数据块的具体结构。
①PNG文件标识
它固定为８个字节：89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A，前４个字节为“.PNG”的 Ascii 码。
②文件头数据块
它包含有 PNG 文件中存储的图像数据的基本信息，并要作为第二个数据块出现在 PNG 数据流中，
一个 PNG 数据流中只能有一个文件头数据块。格式如下表所示。
-----------------------------------------------------
域名称 字节数 说明
-----------------------------------------------------
数据域长度 4 指定数据域的长度，固定为00 00 00 0D
数据块符号 4 49 48 44 52，是“IHDR”的 Ascii 码
（以下１３个字节是数据域）
图像宽度 4 单位：像素
图像高度 4 单位：像素
颜色深度 1 灰度图像：1、2、4、8 或 16
真彩色图像：8 或 16
索引彩色图像：1、2、4 或 8
带α通道数据的灰度图像：8 或 16
带α通道数据的真彩图像：8 或 16
颜色类型 1 灰度图像：0
真彩色图像：2
索引彩色图像：3
带α通道数据的灰度图像：4
带α通道数据的真彩色图像：6
压缩方法 1 规定此字节为0(使用LZ77派生算法压缩)
滤波器方法 1 通常此字节为0
隔行扫描方法 1 非隔行扫描：0
Adam7(7遍隔行扫描方法)：1
CRC校验 4
-----------------------------------------------------
③调色板数据块
包含有与索引彩色图像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之
前。它定义图像的调色板信息，其数据结构如下：
----------------------------------------------------------------------
域名称 字节数 说明
----------------------------------------------------------------------
数据域长度 4 指定数据域的长度
数据块符号 4 50 4C 54 45，是“PLTE”的 Ascii 码
数据域 不定 ｎ个调色板，就有３×ｎ个字节长度，最多 3×256 字节
CRC校验 4
----------------------------------------------------------------------
每一个调色板由表示红、绿、蓝信息的３个字节组成，因此，调色板的长度应该是３的倍数，否则
就是非法的调色板。
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文件头数据块中“颜色深度”规定的颜色数（例如图像色深为４时，调色板中的颜
色数不可超过2^4=16），否则将导致 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，也可以不要调色板。
④图像数据块
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。其数据结构如下：
--------------------------------------------------------
域名称 字节数 说明
--------------------------------------------------------
数据域长度 4 指定数据域的长度
数据块符号 4 49 44 41 54，是“IDAT”的 Ascii 码
数据域 不定 存放着图像真正的数据信息（压缩的）
CRC校验 4
--------------------------------------------------------
由于图像数据块是压缩数据，如果你能够掌握压缩和解压缩的方法，那么你就能轻易而举地将其它
类型的图片转换成PNG图片，或者将PNG图片转换成其它类型的图片。
⑤图像结束块
它用来标记PNG文件或者数据流已经结束，必须要放在文件的尾部。其数据结构如下：
--------------------------------------------------------
域名称 字节数 说明
--------------------------------------------------------
数据域长度 4 全为0：00 00 00 00
数据块符号 4 49 45 4E 44，是“IEND”的 Ascii 码
数据域
CRC校验 4 AE 42 60 82
--------------------------------------------------------
二、一个具体的例子
用系统画图新建一个8×8像素的图像，填充红色，另存为PNG图片，该图片全部数据如下（注：因
设备差异，你的数据也许会有微小不同）：
000000: 89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A 00 00 00 0D 49 48 44 52
000010: 00 00 00 08 00 00 00 08 08 02 00 00 00 4B 6D 29
000020: DC 00 00 00 01 73 52 47 42 00 AE CE 1C E9 00 00
000030: 00 04 67 41 4D 41 00 00 B1 8F 0B FC 61 05 00 00
000040: 00 20 63 48 52 4D 00 00 7A 26 00 00 80 84 00 00
000050: FA 00 00 00 80 E8 00 00 75 30 00 00 EA 60 00 00
000060: 3A 98 00 00 17 70 9C BA 51 3C 00 00 00 17 49 44
000070: 41 54 18 57 63 FC CF 80 03 00 25 B0 22 EC A2 20
000080: 63 06 52 07 00 11 99 38 C9 DB F8 06 FD 00 00 00
000090: 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82
分析：
000000－000007：这８个字节为 PNG 文件标识。
000008－000020：文件头数据块，其中：
00 00 00 0D：数据域长度为１３字节
49 48 44 52：文件头数据块符号“IHDR”
00 00 00 08：图像宽8像素
00 00 00 08：图像高8像素
08：24位颜色深度
02：颜色类型为真彩
00：使用压缩
00：滤波器方法，通常为0
00：非隔行扫描
4B 6D 29 DC：CRC校验码
000021－00002D：可选数据块 sRGB
00002E－00003D：可选数据块 gAMA（图像γ数据块）
00003E－000069：可选数据块 cHRM（基色和白色点数据块）
00006A－00008C：IDAT数据块，其中：
00 00 00 17：数据域长度为２３字节
49 44 41 54：IDAT数据块标识“IDAT”
18 57 63… ：压缩的数据
DB F8 06 FD：CRC校验码
00008D－000098：IEND数据块，如上所说，固定为 00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82
由于 PNG 中规定除关键数据块外，其它的辅助数据块都为可选的，因此，我们可以用Hex编辑器来
对这些数据做增删试验（Hex编辑器下载地址：http://bbs.pfan.cn/post-249666.html）
1.为图片减肥：利用Hex编辑器的删除功能，删除000020－000069这３个辅助数据块，文件字节数由原
来的１５３字节缩减到８０字节，而并不影响图像的内容！试试看，你成功了吗？
但要注意的是，PNG 格式可以保存图像中的层、文字等信息，一旦删除了这些数据后，图像将失去
原来的可编辑性。
2.添加文本信息：增加这么一个字符串“PNG图片”，字符串的Ascii码是50 4E 47 CD BC C6 AC，共７
个字节，所以数据域长度应为00 00 00 07，数据块符号是“tEXt”，Ascii是74 45 58 74，至于CRC校
验码，我们随便写４个字节，就写 BA 2D 29 CC 吧！这些信息全合起来就是：
00 00 00 07 74 45 58 74 50 4E 47 CD BC C6 AC BA 2D 29 CC
共19字节。由于tEXt数据块可以出现在任意数据块之间，我们就利用Hex编辑器的插入功能把这19个字
节从000068插入吧，然后另存为，再用附件中的代码打开它，我们就不禁可以看到图像，还可以看到这
7个字符文本了！
三、附件
附件中的类模块不是我的原创，我只是进行了大规模的修改。这个类模块的作用是将 PNG图片转换
为 BMP位图。其中的辅助数据块我只保留了文本信息，其它的统统删除了。
调用类模块有4个参数，第一个是必须的，其它3个是可选的。
PNG是20世纪90年代中期开始开发的图像文件存储格式，其目的是企图替代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”。P
NG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。
一、数据结构
1.PNG数据块
PNG定义了两种类型的数据块，一种是称为关键数据块，这是标准的数据块，另一种叫做辅助数据
块，这是可选的数据块。关键数据块定义了５个标准数据块，每个PNG文件都必须包含它们，PNG读写软
件也必须要支持这些数据块。至于可选数据块，规范只是提倡予以支持。
下表就是PNG中数据块的类别，其中 * 号表示关键数据块：
----------------------------------------------------------------
数据块符号 数据块名称 多数据块 可选否 位置限制
----------------------------------------------------------------
* PNG文件标识 否 第一块
IHDR * 文件头数据块 否 否 第二块
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 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 * 图像结束数据块 否 否 最后一块
--------------------------------------------------------------
除了关键数据块，其它的数据块都是可有可无的。
2.数据块结构
PNG文件中，除了PNG文件标识外，所有的数据块均由４个部分组成，如下表：
----------------------------------------------------------------------
顺号 名称 字节数 说明
----------------------------------------------------------------------
１长度 4 指定第３部分数据域的长度
２数据块符号 4 由数据块符号的 Ascii 码组成
３数据域 不定 存储按照 Chunk Type Code 指定的数据
４CRC校验 4 又称循环冗余检测，用来检测是否有错误
----------------------------------------------------------------------
循环冗余检测中的值是对第２部分数据块符号和第３部分数据域进行计算得到的，具体算法定义在
ISO 3309 和ITU-T V.42中，其值按下面的 CRC 码生成多项式进行计算：
x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
3.５个关键数据块的具体结构。
①PNG文件标识
它固定为８个字节：89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A，前４个字节为“.PNG”的 Ascii 码。
②文件头数据块
它包含有 PNG 文件中存储的图像数据的基本信息，并要作为第二个数据块出现在 PNG 数据流中，
一个 PNG 数据流中只能有一个文件头数据块。格式如下表所示。
-----------------------------------------------------
域名称 字节数 说明
-----------------------------------------------------
数据域长度 4 指定数据域的长度，固定为00 00 00 0D
数据块符号 4 49 48 44 52，是“IHDR”的 Ascii 码
（以下１３个字节是数据域）
图像宽度 4 单位：像素
图像高度 4 单位：像素
颜色深度 1 灰度图像：1、2、4、8 或 16
真彩色图像：8 或 16
索引彩色图像：1、2、4 或 8
带α通道数据的灰度图像：8 或 16
带α通道数据的真彩图像：8 或 16
颜色类型 1 灰度图像：0
真彩色图像：2
索引彩色图像：3
带α通道数据的灰度图像：4
带α通道数据的真彩色图像：6
压缩方法 1 规定此字节为0(使用LZ77派生算法压缩)
滤波器方法 1 通常此字节为0
隔行扫描方法 1 非隔行扫描：0
Adam7(7遍隔行扫描方法)：1
CRC校验 4
-----------------------------------------------------
③调色板数据块
包含有与索引彩色图像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之
前。它定义图像的调色板信息，其数据结构如下：
----------------------------------------------------------------------
域名称 字节数 说明
----------------------------------------------------------------------
数据域长度 4 指定数据域的长度
数据块符号 4 50 4C 54 45，是“PLTE”的 Ascii 码
数据域 不定 ｎ个调色板，就有３×ｎ个字节长度，最多 3×256 字节
CRC校验 4
----------------------------------------------------------------------
每一个调色板由表示红、绿、蓝信息的３个字节组成，因此，调色板的长度应该是３的倍数，否则
就是非法的调色板。
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文件头数据块中“颜色深度”规定的颜色数（例如图像色深为４时，调色板中的颜
色数不可超过2^4=16），否则将导致 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，也可以不要调色板。
④图像数据块
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。其数据结构如下：
--------------------------------------------------------
域名称 字节数 说明
--------------------------------------------------------
数据域长度 4 指定数据域的长度
数据块符号 4 49 44 41 54，是“IDAT”的 Ascii 码
数据域 不定 存放着图像真正的数据信息（压缩的）
CRC校验 4
--------------------------------------------------------
由于图像数据块是压缩数据，如果你能够掌握压缩和解压缩的方法，那么你就能轻易而举地将其它
类型的图片转换成PNG图片，或者将PNG图片转换成其它类型的图片。
⑤图像结束块
它用来标记PNG文件或者数据流已经结束，必须要放在文件的尾部。其数据结构如下：
--------------------------------------------------------
域名称 字节数 说明
--------------------------------------------------------
数据域长度 4 全为0：00 00 00 00
数据块符号 4 49 45 4E 44，是“IEND”的 Ascii 码
数据域
CRC校验 4 AE 42 60 82
--------------------------------------------------------
二、一个具体的例子
用系统画图新建一个8×8像素的图像，填充红色，另存为PNG图片，该图片全部数据如下（注：因
设备差异，你的数据也许会有微小不同）：
000000: 89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A 00 00 00 0D 49 48 44 52
000010: 00 00 00 08 00 00 00 08 08 02 00 00 00 4B 6D 29
000020: DC 00 00 00 01 73 52 47 42 00 AE CE 1C E9 00 00
000030: 00 04 67 41 4D 41 00 00 B1 8F 0B FC 61 05 00 00
000040: 00 20 63 48 52 4D 00 00 7A 26 00 00 80 84 00 00
000050: FA 00 00 00 80 E8 00 00 75 30 00 00 EA 60 00 00
000060: 3A 98 00 00 17 70 9C BA 51 3C 00 00 00 17 49 44
000070: 41 54 18 57 63 FC CF 80 03 00 25 B0 22 EC A2 20
000080: 63 06 52 07 00 11 99 38 C9 DB F8 06 FD 00 00 00
000090: 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82
分析：
000000－000007：这８个字节为 PNG 文件标识。
000008－000020：文件头数据块，其中：
00 00 00 0D：数据域长度为１３字节
49 48 44 52：文件头数据块符号“IHDR”
00 00 00 08：图像宽8像素
00 00 00 08：图像高8像素
08：24位颜色深度
02：颜色类型为真彩
00：使用压缩
00：滤波器方法，通常为0
00：非隔行扫描
4B 6D 29 DC：CRC校验码
000021－00002D：可选数据块 sRGB
00002E－00003D：可选数据块 gAMA（图像γ数据块）
00003E－000069：可选数据块 cHRM（基色和白色点数据块）
00006A－00008C：IDAT数据块，其中：
00 00 00 17：数据域长度为２３字节
49 44 41 54：IDAT数据块标识“IDAT”
18 57 63… ：压缩的数据
DB F8 06 FD：CRC校验码
00008D－000098：IEND数据块，如上所说，固定为 00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82
由于 PNG 中规定除关键数据块外，其它的辅助数据块都为可选的，因此，我们可以用Hex编辑器来
对这些数据做增删试验（Hex编辑器下载地址：http://bbs.pfan.cn/post-249666.html）
1.为图片减肥：利用Hex编辑器的删除功能，删除000020－000069这３个辅助数据块，文件字节数由原
来的１５３字节缩减到８０字节，而并不影响图像的内容！试试看，你成功了吗？
但要注意的是，PNG 格式可以保存图像中的层、文字等信息，一旦删除了这些数据后，图像将失去
原来的可编辑性。
2.添加文本信息：增加这么一个字符串“PNG图片”，字符串的Ascii码是50 4E 47 CD BC C6 AC，共７
个字节，所以数据域长度应为00 00 00 07，数据块符号是“tEXt”，Ascii是74 45 58 74，至于CRC校
验码，我们随便写４个字节，就写 BA 2D 29 CC 吧！这些信息全合起来就是：
00 00 00 07 74 45 58 74 50 4E 47 CD BC C6 AC BA 2D 29 CC
共19字节。由于tEXt数据块可以出现在任意数据块之间，我们就利用Hex编辑器的插入功能把这19个字
节从000068插入吧，然后另存为，再用附件中的代码打开它，我们就不禁可以看到图像，还可以看到这
7个字符文本了！
三、附件
附件中的类模块不是我的原创，我只是进行了大规模的修改。这个类模块的作用是将 PNG图片转换
为 BMP位图。其中的辅助数据块我只保留了文本信息，其它的统统删除了。
调用类模块有4个参数，第一个是必须的，其它3个是可选的。
