PNG图片文件结构分析

发布于 2020-08-30  36 次阅读


PNG,JPEG,GIF,BMP作为数据压缩文件,有许多重要的信息我们需要区深度解析。

一.PNG的文件结构

1.1数据块构成结构

PNG文件结构很简单,主要有数据块(Chunk Block)组成,最少包含4个数据块。

PNG标识符PNG数据块(IHDR)PNG数据块(其他类型数据块)...PNG结尾数据块(IEND)

1.2所有PNG数据块(Chunk)

PNG定义了两种类型的数据块,一种是称为关键数据块(critical chunk),这是标准的数据块,另一种叫做辅助数据块(ancillary chunks),这是可选的数据块。关键数据块定义了4个标准数据块,每个PNG文件都必须包含它们,PNG读写软件也都必须要支持这些数据块。虽然PNG文件规范没有要求PNG编译码器对可选数据块进行编码和译码,但规范提倡支持可选数据块。

下表就是PNG中数据块的类别,其中,关键数据块部分我们使用深色背景加以区分。

PNG文件格式中的数据块
数据块符号数据块名称多数据块可选否位置限制
IHDR文件头数据块第一块
cHRM基色和白色点数据块在PLTE和IDAT之前
gAMA图像γ数据块在PLTE和IDAT之前
sBIT样本有效位数据块在PLTE和IDAT之前
PLTE调色板数据块在IDAT之前
bKGD背景颜色数据块在PLTE之后IDAT之前
hIST图像直方图数据块在PLTE之后IDAT之前
tRNS图像透明数据块在PLTE之后IDAT之前
oFFs(专用公共数据块)在IDAT之前
pHYs物理像素尺寸数据块在IDAT之前
sCAL(专用公共数据块)在IDAT之前
IDAT图像数据块与其他IDAT连续
tIME图像最后修改时间数据块无限制
tEXt文本信息数据块无限制
zTXt压缩文本数据块无限制
fRAc(专用公共数据块)无限制
gIFg(专用公共数据块)无限制
gIFt(专用公共数据块)无限制
gIFx(专用公共数据块)无限制
IEND图像结束数据最后一个数据块

1.3数据块结构

PNG文件中,每个数据块由4个部分组成,如下:

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)组成的“数据块符号”
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

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。CRC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

CRC: 一种校验算法。仅仅用来校验数据的正确性的,这里因为使用了4个字节,说明使用的是CRC32标准算法。

二.PNG图像标识符

根据PNG文件的定义来说,其文件头位置总是由位固定的字节来描述的:

十进制数137 80 78 71 13 10 26 10
十六进制数89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A

JPEG,PNG,GIF,BMP等图片都具有不同的图像标识符号,判读一个文件的正确mimeType类型,更应该通过标识符,而不是通过后缀名判断,下面这种方法是不可靠的,因为后缀名可以随便修改。

boolean isPNG = filename.endsWith(".png");

同样,jdk本身提供api判断文件 mime type依旧有问题的,他同样是根据后缀名判断,甚至不去检测文件是否存在。

String contentTypeFor = URLConnection.getFileNameMap().getContentTypeFor("123.gif");

三.IHDR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。

文件头数据块由13字节组成,它的格式如下表所示。

域的名称字节数说明
Width4 bytes图像宽度,以像素为单位
Height4 bytes图像高度,以像素为单位
Bit depth1 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
ColorType1 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 method1 byte压缩方法(LZ77派生算法)
Filter method1 byte滤波器方法
Interlace method1 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)

由于本文很多设计到了PNG在手机方面的应用,因此在此提出MIDP1.0对所使用PNG图片的要求:

  • 在MIDP1.0中,只可以使用1.0版本的PNG图片。
  • 文件大小:MIDP支持任意大小的PNG图片,然而实际上,如果一个图片过大,会由于内存耗尽而无法读取。
  • 颜色类型:所有颜色类型都有被支持,虽然这些颜色的显示依赖于实际设备的显示能力。同时,MIDP也能支持alpha通道,但是,所有的alpha通道信息都会被忽略并且当作不透明的颜色对待。
  • 色深:所有的色深都能被支持。
  • 压缩方法:仅支持deflate压缩方式,这和jar文件的压缩方式完全相同,所以,PNG图片数据的解压和jar文件的解压可以使用相同的代码。
  • 滤波器方法:在PNG中所有的5种方法都被支持。
  • 隔行扫描:虽然MIDP支持0、1两种方式,然而,当使用隔行扫描时,MIDP却不会真正的使用隔行扫描方式来显示。
  • PLTE chunk:支持
  • IDAT chunk:图像信息必须使用5种过滤方式中的方式之一 (None, Sub, Up, Average, Paeth)
  • IEND chunk:当IEND数据块被找到时,这个PNG图像才认为是合法的PNG图像。
  • 可选数据块:MIDP可以支持下列辅助数据块,然而,这却不是必须的。

bKGD cHRM gAMA hIST iCCP iTXt pHYs
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt

PLTE

调色板数据块PLTE(palette chunk)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
Red1 byte0 = 黑色, 255 = 红
Green1 byte0 = 黑色, 255 = 绿色
Blue1 byte0 = 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alpha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。

实例研究PNG

以下是由Fireworks生成的一幅图像,图像大小为8*8,

为了方便观看,将图像放大:


使用UltraEdit32或者WinHex打开该文件,如下:
00000000~00000007:

可以看到,选中的头8个字节即为PNG文件的标识。

接下来的地方就是IHDR数据块了:

00000008~00000020:

  • 00 00 00 0D 说明IHDR头块长为13
  • 49 48 44 52 IHDR标识
  • 00 00 00 08 图像的宽,8像素
  • 00 00 00 08 图像的高,8像素
  • 04 色深,2^4=16,即这是一个16色的图像(也有可能颜色数不超过16,当然,如果颜色数不超过8,用03表示更合适)
  • 03 颜色类型,索引图像
  • 00 PNG Spec规定此处总为0(非0值为将来使用更好的压缩方法预留),表示使压缩方法(LZ77派生算法)
  • 00 同上
  • 00 非隔行扫描
  • 36 21 A3 B8 CRC校验

CRC校验代码

import java.util.zip.CRC32;

public class CrcTest {

	
	public static void main(String[] args) {
			
		 byte[] checkData = new byte[]{0x49,0x48,0x44,0x52,0x00,0x00,0x00, 0x08,0x00,0x00,0x00, 0x08,0x04,0x03,0x00,0x00,0x00};
		 CRC32 crc32 = new CRC32();  
		 crc32.update(checkData);
		 long value = crc32.getValue();
		 
		 byte[] intToBytes = longToBytes(value);
		 String bytesToHexString = bytesToHexString(intToBytes);
		 System.out.println(bytesToHexString);
		 
	}
	
	public static byte[] longToBytes(long value)   
	{   
	    byte[] src = new byte[4];  
	    src[0] = (byte) ((value>>24) & 0xFF);  
	    src[1] = (byte) ((value>>16)& 0xFF);  
	    src[2] = (byte) ((value>>8)&0xFF);    
	    src[3] = (byte) (value & 0xFF);       
	    return src;  
	} 
	 //将字节数组按16进制输出
	    public static String bytesToHexString(byte[] src){
	    	
	        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
	        if (src == null || src.length <= 0) {
	            return null;
	        }
	        for (int i = 0; i < src.length; i++)
	        {
	            int v = src[i] & 0xFF;
	            String hv = Integer.toHexString(v);

	            if (stringBuilder.length() != 0) {
	                stringBuilder.append(",");
	            }
	            if (hv.length() < 2) {
	                stringBuilder.append(0);
	            }
	            stringBuilder.append(hv);
	        }
	        return stringBuilder.toString();
	    }

}

00000021~0000002F:

可选数据块sBIT,颜色采样率,RGB都是256(2^8=256)

00000030~00000062:

这里是调色板信息

  • 00 00 00 27 说明调色板数据长为39字节,既13个颜色数
  • 50 4C 54 45 PLTE标识
  • FF FF 00 颜色0
  • FF ED 00 颜色1
  • …… ……
  • 09 00 B2 最后一个颜色,12
  • 5F F5 BB DD CRC校验

00000063~000000C5:

这部分包含了pHYs、tExt两种类型的数据块共3块,由于并不太重要,因此也不再详细描述了。

000000C0~000000F8:

以上选中部分是IDAT数据块

  • 00 00 00 27 数据长为39字节
  • 49 44 41 54 IDAT标识
  • 78 9C…… 压缩的数据,LZ77派生压缩方法
  • DA 12 06 A5 CRC校验

IDAT中压缩数据部分在后面会有详细的介绍。

000000F9~00000104:

IEND数据块,这部分正如上所说,通常都应该是

00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82

至此,我们已经能够从一个PNG文件中识别出各个数据块了。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部分,因此,有了这个标准后,我们可以通过删除所有的辅助数据块来减少PNG文件的大小。(当然,需要注意的是,PNG格式可以保存图像中的层、文字等信息,一旦删除了这些辅助数据块后,图像将失去原来的可编辑性。)07121303_unsr-1

删除了辅助数据块后的PNG文件,现在文件大小为147字节,原文件大小为261字节,文件大小减少后,并不影响图像的内容。参考:打造自由换色的png图片类

  • 如上说过,IDAT数据块是使用了LZ77压缩算法生成的,由于受限于手机处理器的能力,因此,如果我们在生成IDAT数据块时仍然使用LZ77压缩算法,将会使效率大打折扣,因此,为了效率,只能使用无压缩的LZ77算法,关于LZ77算法的具体实现,此文不打算深究,如果你对LZ77算法的JAVA实现有兴趣,可以参考以下两个站点:
  • http://jazzlib.sourceforge.net/
  • http://www.jcraft.com/jzlib/index.html

PNG文件结构分析(下:在手机上生成PNG文件)

上面我们已经对PNG的存储格式有了了解,因此,生成PNG图片只需要按照以上的数据块写入文件即可。

(由于IHDR、PLTE的结构都非常简单,因此,这里我们只是重点讲一讲IDAT的生成方法,IHDR和PLTE的数据内容都沿用以上的数据内容)

问题确实是这样的,我们知道,对于大多数的图形文件来说,我们都可以将实际的图像内容映射为一个二维的颜色数组,对于上面的PNG文件,由于它用的是16色的调色板(实际是13色),因此,对于图片的映射可以如下:

07121303_W9WC-1
12111098765
1110987654
109876543
98765432
87654321
76543210
65432100
54321000

PNG Spec中指出,如果PNG文件不是采用隔行扫描方法存储的话,那么,数据是按照行(ScanLine)来存储的,为了区分第一行,PNG规定在每一行的前面加上0以示区分,因此,上面的图像映射应该如下:

012111098765
01110987654
0109876543
098765432
087654321
076543210
065432100
054321000

另外,需要注意的是,由于PNG在存储图像时为了节省空间,因此每一行是按照位(Bit)来存储的,而并不是我们想象的字节(Byte),如果你没有忘记的话,我们的IHDR数据块中的色深就指明了这一点,所以,为了凑成PNG所需要的IDAT,我们的数据得改成如下:

0203169135101
018615211884
016913510167
01521188450
01351016733
0118845016
010167330
08450160

最后,我们对这些数据进行LZ77压缩就可以得到IDAT的正确内容了。

然而,事情并不是这么简单,因为我们研究的是手机上的PNG,如果需要在手机上完成LZ77压缩工作,消耗的时间是可想而知的,因此,我们得再想办法加减少压缩时消耗的时间。

好在LZ77也提供了无压缩的压缩方法(奇怪吧?),因此,我们只需要简单的使用无压缩的方式写入数据就可以了,这样虽然浪费了空间,却换回了时间!

好了,让我们看一看怎么样凑成无压缩的LZ77压缩块:

字节意义
0~2压缩信息,固定为0x78, 0xda, 0x1
3~6压缩块的LEN和NLEN信息
压缩的数据
最后4字节Adler32信息

其中的LEN是指数据的长度,占用两个字节,对于我们的图像来说,第一个Scan Line包含了5个字节(如第一行的0, 203, 169, 135, 101),所以LEN的值为5(字节/行) * 8(行) = 40(字节),生成字节为28 00(低字节在前),NLEN是LEN的补码,即NLEN = LEN ^ 0xFFFF,所以NLEN的为 D7 FF,Adler32信息为24 A7 0B A4(具体算法见源程序),因此,按照这样的顺序,我们生成IDAT数据块,最后,我们将IHDR、PLTE、IDAT和IEND数据块写入文件中,就可以得到PNG文件了,如图:

07121303_EAXa-2

(选中的部分为生成的“压缩”数据)

至此,我们已经能够采用最快的时间将数组转换为PNG图片了。

一.PNG的文件结构

1.1数据块构成结构

PNG文件结构很简单,主要有数据块(Chunk Block)组成,最少包含4个数据块。

PNG标识符PNG数据块(IHDR)PNG数据块(其他类型数据块)...PNG结尾数据块(IEND)

1.2所有PNG数据块(Chunk)

PNG定义了两种类型的数据块,一种是称为关键数据块(critical chunk),这是标准的数据块,另一种叫做辅助数据块(ancillary chunks),这是可选的数据块。关键数据块定义了4个标准数据块,每个PNG文件都必须包含它们,PNG读写软件也都必须要支持这些数据块。虽然PNG文件规范没有要求PNG编译码器对可选数据块进行编码和译码,但规范提倡支持可选数据块。

下表就是PNG中数据块的类别,其中,关键数据块部分我们使用深色背景加以区分。

PNG文件格式中的数据块
数据块符号数据块名称多数据块可选否位置限制
IHDR文件头数据块第一块
cHRM基色和白色点数据块在PLTE和IDAT之前
gAMA图像γ数据块在PLTE和IDAT之前
sBIT样本有效位数据块在PLTE和IDAT之前
PLTE调色板数据块在IDAT之前
bKGD背景颜色数据块在PLTE之后IDAT之前
hIST图像直方图数据块在PLTE之后IDAT之前
tRNS图像透明数据块在PLTE之后IDAT之前
oFFs(专用公共数据块)在IDAT之前
pHYs物理像素尺寸数据块在IDAT之前
sCAL(专用公共数据块)在IDAT之前
IDAT图像数据块与其他IDAT连续
tIME图像最后修改时间数据块无限制
tEXt文本信息数据块无限制
zTXt压缩文本数据块无限制
fRAc(专用公共数据块)无限制
gIFg(专用公共数据块)无限制
gIFt(专用公共数据块)无限制
gIFx(专用公共数据块)无限制
IEND图像结束数据最后一个数据块

1.3数据块结构

PNG文件中,每个数据块由4个部分组成,如下:

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)组成的“数据块符号”
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

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。CRC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

CRC: 一种校验算法。仅仅用来校验数据的正确性的,这里因为使用了4个字节,说明使用的是CRC32标准算法。

二.PNG图像标识符

根据PNG文件的定义来说,其文件头位置总是由位固定的字节来描述的:

十进制数137 80 78 71 13 10 26 10
十六进制数89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A

JPEG,PNG,GIF,BMP等图片都具有不同的图像标识符号,判读一个文件的正确mimeType类型,更应该通过标识符,而不是通过后缀名判断,下面这种方法是不可靠的,因为后缀名可以随便修改。

boolean isPNG = filename.endsWith(".png");

同样,jdk本身提供api判断文件 mime type依旧有问题的,他同样是根据后缀名判断,甚至不去检测文件是否存在。

String contentTypeFor = URLConnection.getFileNameMap().getContentTypeFor("123.gif");

三.IHDR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。

文件头数据块由13字节组成,它的格式如下表所示。

域的名称字节数说明
Width4 bytes图像宽度,以像素为单位
Height4 bytes图像高度,以像素为单位
Bit depth1 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
ColorType1 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 method1 byte压缩方法(LZ77派生算法)
Filter method1 byte滤波器方法
Interlace method1 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)

由于本文很多设计到了PNG在手机方面的应用,因此在此提出MIDP1.0对所使用PNG图片的要求:

  • 在MIDP1.0中,只可以使用1.0版本的PNG图片。
  • 文件大小:MIDP支持任意大小的PNG图片,然而实际上,如果一个图片过大,会由于内存耗尽而无法读取。
  • 颜色类型:所有颜色类型都有被支持,虽然这些颜色的显示依赖于实际设备的显示能力。同时,MIDP也能支持alpha通道,但是,所有的alpha通道信息都会被忽略并且当作不透明的颜色对待。
  • 色深:所有的色深都能被支持。
  • 压缩方法:仅支持deflate压缩方式,这和jar文件的压缩方式完全相同,所以,PNG图片数据的解压和jar文件的解压可以使用相同的代码。
  • 滤波器方法:在PNG中所有的5种方法都被支持。
  • 隔行扫描:虽然MIDP支持0、1两种方式,然而,当使用隔行扫描时,MIDP却不会真正的使用隔行扫描方式来显示。
  • PLTE chunk:支持
  • IDAT chunk:图像信息必须使用5种过滤方式中的方式之一 (None, Sub, Up, Average, Paeth)
  • IEND chunk:当IEND数据块被找到时,这个PNG图像才认为是合法的PNG图像。
  • 可选数据块:MIDP可以支持下列辅助数据块,然而,这却不是必须的。

bKGD cHRM gAMA hIST iCCP iTXt pHYs
sBIT sPLT sRGB tEXt tIME tRNS zTXt

PLTE

调色板数据块PLTE(palette chunk)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
Red1 byte0 = 黑色, 255 = 红
Green1 byte0 = 黑色, 255 = 绿色
Blue1 byte0 = 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alpha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。

实例研究PNG

以下是由Fireworks生成的一幅图像,图像大小为8*8,

为了方便观看,将图像放大:


使用UltraEdit32或者WinHex打开该文件,如下:
00000000~00000007:

可以看到,选中的头8个字节即为PNG文件的标识。

接下来的地方就是IHDR数据块了:

00000008~00000020:

  • 00 00 00 0D 说明IHDR头块长为13
  • 49 48 44 52 IHDR标识
  • 00 00 00 08 图像的宽,8像素
  • 00 00 00 08 图像的高,8像素
  • 04 色深,2^4=16,即这是一个16色的图像(也有可能颜色数不超过16,当然,如果颜色数不超过8,用03表示更合适)
  • 03 颜色类型,索引图像
  • 00 PNG Spec规定此处总为0(非0值为将来使用更好的压缩方法预留),表示使压缩方法(LZ77派生算法)
  • 00 同上
  • 00 非隔行扫描
  • 36 21 A3 B8 CRC校验

CRC校验代码

import java.util.zip.CRC32;

public class CrcTest {

	
	public static void main(String[] args) {
			
		 byte[] checkData = new byte[]{0x49,0x48,0x44,0x52,0x00,0x00,0x00, 0x08,0x00,0x00,0x00, 0x08,0x04,0x03,0x00,0x00,0x00};
		 CRC32 crc32 = new CRC32();  
		 crc32.update(checkData);
		 long value = crc32.getValue();
		 
		 byte[] intToBytes = longToBytes(value);
		 String bytesToHexString = bytesToHexString(intToBytes);
		 System.out.println(bytesToHexString);
		 
	}
	
	public static byte[] longToBytes(long value)   
	{   
	    byte[] src = new byte[4];  
	    src[0] = (byte) ((value>>24) & 0xFF);  
	    src[1] = (byte) ((value>>16)& 0xFF);  
	    src[2] = (byte) ((value>>8)&0xFF);    
	    src[3] = (byte) (value & 0xFF);       
	    return src;  
	} 
	 //将字节数组按16进制输出
	    public static String bytesToHexString(byte[] src){
	    	
	        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
	        if (src == null || src.length <= 0) {
	            return null;
	        }
	        for (int i = 0; i < src.length; i++)
	        {
	            int v = src[i] & 0xFF;
	            String hv = Integer.toHexString(v);

	            if (stringBuilder.length() != 0) {
	                stringBuilder.append(",");
	            }
	            if (hv.length() < 2) {
	                stringBuilder.append(0);
	            }
	            stringBuilder.append(hv);
	        }
	        return stringBuilder.toString();
	    }

}

00000021~0000002F:

可选数据块sBIT,颜色采样率,RGB都是256(2^8=256)

00000030~00000062:

这里是调色板信息

  • 00 00 00 27 说明调色板数据长为39字节,既13个颜色数
  • 50 4C 54 45 PLTE标识
  • FF FF 00 颜色0
  • FF ED 00 颜色1
  • …… ……
  • 09 00 B2 最后一个颜色,12
  • 5F F5 BB DD CRC校验

00000063~000000C5:

这部分包含了pHYs、tExt两种类型的数据块共3块,由于并不太重要,因此也不再详细描述了。

000000C0~000000F8:

以上选中部分是IDAT数据块

  • 00 00 00 27 数据长为39字节
  • 49 44 41 54 IDAT标识
  • 78 9C…… 压缩的数据,LZ77派生压缩方法
  • DA 12 06 A5 CRC校验

IDAT中压缩数据部分在后面会有详细的介绍。

000000F9~00000104:

IEND数据块,这部分正如上所说,通常都应该是

00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82

至此,我们已经能够从一个PNG文件中识别出各个数据块了。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部分,因此,有了这个标准后,我们可以通过删除所有的辅助数据块来减少PNG文件的大小。(当然,需要注意的是,PNG格式可以保存图像中的层、文字等信息,一旦删除了这些辅助数据块后,图像将失去原来的可编辑性。)

删除了辅助数据块后的PNG文件,现在文件大小为147字节,原文件大小为261字节,文件大小减少后,并不影响图像的内容。参考:打造自由换色的png图片类

  • 如上说过,IDAT数据块是使用了LZ77压缩算法生成的,由于受限于手机处理器的能力,因此,如果我们在生成IDAT数据块时仍然使用LZ77压缩算法,将会使效率大打折扣,因此,为了效率,只能使用无压缩的LZ77算法,关于LZ77算法的具体实现,此文不打算深究,如果你对LZ77算法的JAVA实现有兴趣,可以参考以下两个站点:
  • http://jazzlib.sourceforge.net/
  • http://www.jcraft.com/jzlib/index.html

PNG文件结构分析(下:在手机上生成PNG文件)

上面我们已经对PNG的存储格式有了了解,因此,生成PNG图片只需要按照以上的数据块写入文件即可。

(由于IHDR、PLTE的结构都非常简单,因此,这里我们只是重点讲一讲IDAT的生成方法,IHDR和PLTE的数据内容都沿用以上的数据内容)

问题确实是这样的,我们知道,对于大多数的图形文件来说,我们都可以将实际的图像内容映射为一个二维的颜色数组,对于上面的PNG文件,由于它用的是16色的调色板(实际是13色),因此,对于图片的映射可以如下:

12111098765
1110987654
109876543
98765432
87654321
76543210
65432100
54321000

PNG Spec中指出,如果PNG文件不是采用隔行扫描方法存储的话,那么,数据是按照行(ScanLine)来存储的,为了区分第一行,PNG规定在每一行的前面加上0以示区分,因此,上面的图像映射应该如下:

012111098765
01110987654
0109876543
098765432
087654321
076543210
065432100
054321000

另外,需要注意的是,由于PNG在存储图像时为了节省空间,因此每一行是按照位(Bit)来存储的,而并不是我们想象的字节(Byte),如果你没有忘记的话,我们的IHDR数据块中的色深就指明了这一点,所以,为了凑成PNG所需要的IDAT,我们的数据得改成如下:

0203169135101
018615211884
016913510167
01521188450
01351016733
0118845016
010167330
08450160

最后,我们对这些数据进行LZ77压缩就可以得到IDAT的正确内容了。

然而,事情并不是这么简单,因为我们研究的是手机上的PNG,如果需要在手机上完成LZ77压缩工作,消耗的时间是可想而知的,因此,我们得再想办法加减少压缩时消耗的时间。

好在LZ77也提供了无压缩的压缩方法(奇怪吧?),因此,我们只需要简单的使用无压缩的方式写入数据就可以了,这样虽然浪费了空间,却换回了时间!

好了,让我们看一看怎么样凑成无压缩的LZ77压缩块:

字节意义
0~2压缩信息,固定为0x78, 0xda, 0x1
3~6压缩块的LEN和NLEN信息
压缩的数据
最后4字节Adler32信息

其中的LEN是指数据的长度,占用两个字节,对于我们的图像来说,第一个Scan Line包含了5个字节(如第一行的0, 203, 169, 135, 101),所以LEN的值为5(字节/行) * 8(行) = 40(字节),生成字节为28 00(低字节在前),NLEN是LEN的补码,即NLEN = LEN ^ 0xFFFF,所以NLEN的为 D7 FF,Adler32信息为24 A7 0B A4(具体算法见源程序),因此,按照这样的顺序,我们生成IDAT数据块,最后,我们将IHDR、PLTE、IDAT和IEND数据块写入文件中,就可以得到PNG文件了,如图:

(选中的部分为生成的“压缩”数据)

至此,我们已经能够采用最快的时间将数组转换为PNG图片了。


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