解析PNG图像文件Word文档格式.docx
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第一个数据块
调色板数据块(PLTE)
第二个数据块,可选
图像数据块(IDAT)
允许
如果有调色板数据块(PLTE),则是第三个数据块,如果没有调色板数据块(PLTE),则时第二个数据块。
如果有多个图像数据块,则必须按图像数据连续存储
图像结束数据(IEND)
最后一个数据块
表5-10PNG文件的辅助数据块(ancillarychunks)组织顺序
允许多个
数据块
基色和白色点数据块(cHRM)
在PLTE和IDAT之前
图像γ数据块(gAMA)
ICCP(iCCP)
在PLTE之后IDAT之前如果有iCCP,则无sRGB
续表
样本有效位数据块(sBIT)
标准RPG颜色(sRGB)
在PLTE之后IDAT之前如
果有sRGB,则无iCCP
背景颜色数据块(bKGD)
在PLTE之后IDAT之前
图像直方图数据块(hIST)
图像透明数据块(tRNS)
物理像素尺寸数据块(pHYs)
在IDAT之前
建议调色板(sPLT)
图像最后修改时间数据块(tIME)
无限制
国际文本数据(iTXt)
文本信息数据块(tEXt)
压缩文本数据块(zTXt)
PNG图像文件存储结构
(2)
用图像可以清晰显示表5-9和表5-10之间的关系,如图5-13和图5-14所示。
(点击查看大图)图5-13包含调色板数据块(PLTE)的PNG图像文件格式
(点击查看大图)图5-14不包含调色板数据块(PLTE)的PNG图像文件格式
图中上标的含义如表5-11所示。
表5-11上标的含义
符号
含义
1
只有1个
+
1个或多个
?
0个或1个
*
0个或多个
|
2选1
PNG图像文件中每一块数据块的格式都是相同的,分别由4个部分组成,格式如表5-12所示。
表5-12PNG文件的数据块格式
字段名
大小(单
位:
字节)
描述
Length(长度)
4
指定数据块中的数据长度
ChunkTypeCode(数据块类型码)
数据块类型,例如
IHDR、PLTE、IDAT等
ChunkData(数据块数据)
Length
存储数据
CRC(循环冗余检测)
循环冗余码
CRC循环冗余码生成的计算方式是通过对ChunkTypeCode和ChunkData中的数据进行计算得到的,计算方式如下:
x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
PNG图像文件存储结构(3)
下面将讲解在PNG文件中的4个关键数据块(criticalchunk)的含义。
①文件头数据块(IHDR)
文件头数据块(IHDR)它包含有PNG文件中存储的图像数据的基本信息,如图像的宽高、色深、颜色类型、压缩方式等。
一个PNG文件只能有一个文件头数据块,表5-13列出了文件头数据块(IHDR)中各字段的含义。
表5-13文件头数据块(IHDR)中各字段的含义
字段名
Width
图像宽度,以像素为单位
Height
图像高度,以像素为单位
Bitdepth
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
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
压缩方法(LZ77变种算法)
Filtermethod
滤波器方法
Interlace
隔行扫描方法:
非隔行扫描
1:
Adam7(由AdamM.
Costello开发的7遍隔行扫描方法)
文件头数据块(IHDR)结构可以使用如下代码定义:
typedefstruct{
DWORDbtChunkLen;
CHARbtChunkType[4];
}PNG_CHUNK_HEADER;
typedefenumpngColorSpaceType{
GrayScale=0,
TrueColor=2,
Indexed=3,
AlphaGrayScale=4,
AlphaTrueColor=6
}PNG_COLOR_SPACE_TYPE;
//CompressionMethods
typedefenumpngCompressionMethod{
Deflate=0
}PNG_COMPR_METHOD;
//FilterMethods
typedefenumpngFilterMethod{
AdaptiveFiltering=0
}PNG_FILTER_METHOD;
//InterlaceMethods
typedefenumpngInterlaceMethod{
NoInterlace=0,
Adam7Interlace=1
}PNG_INTERLACE_METHOD;
//IHDRdata
UINTwidth;
UINTheight;
BYTEbit_depth;
PNG_COLOR_SPACE_TYPEcolor_type;
PNG_COMPR_METHODcompr_method;
PNG_FILTER_METHODfilter_method;
PNG_INTERLACE_METHODinterlace_method;
}IHDR_CHUNK_DATA;
②调色板数据块(PLTE)
PNG的调色板数据块(PLTE)和之前介绍BMP图像格式中的调色板类似,都是提供给8位色深以下的图像使用。
PNG的调色板由3个字节组成,每个字节分别表示红、绿、蓝三色的颜色值。
对于PNG图像文件来说,大于8位色深的图像,如真彩色图像也可以使用调色板,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。
一个PNG文件只能有一个调色板数据块,调色板数据块从下标0开始,表5-14列出了调色板数据块(PLTE)中各字段的含义。
表5-14调色板数据块(PLTE)中各字段的含义
btRed
红色颜色值
btGreen
绿色颜色值
btBlue
蓝色颜色值
调色板数据块(PLTE)结构可以使用如下代码定义:
BYTEbtRed;
BYTEbtGreen;
BYTEbtBlue;
}PNG_PALETTE_PIXEL;
PNG图像文件存储结构(4)
③图像数据块(IDAT)
PNG的图像数据块(IDAT)存储图像的实际数据,相当于BMP图像的图像数据,由于PNG可包含多幅图像,所以PNG的图像数据块可能是由一幅图像的数据组成,也可能是由多幅图像的数据组成。
图像数据块中的图像数据可能是经过变种的LZ77压缩编码DEFLATE压缩的,关于DEFLATE详细介绍可以参考《DEFLATECompressedDataFormatSpecificationversion1.3》,网址:
http:
//www.ietf.org/rfc/rfc1951.txt。
图像数据块(IDAT)结构可以使用如下代码定义:
PNG_CHUNK_HEADERchunkHdr;
BYTEidatChunkData[chunkHdr.btChunkLen];
DWORDidatCrc<
format=hex>
;
④图像结束数据(IEND)
PNG的图像结束数据(IEND)用来标记PNG文件结束,并且必须要放在文件的尾部。
一般情况下,所有PNG图像结束数据(IEND)的十六进制数值都是一样的,具体的数值如下:
0000000049454E44AE426082
PNG的辅助数据块(ancillarychunks)一共有14个,可以分为5类,如表5-10所示,由于篇幅关系不能将全部辅助数据块(ancillarychunks)的详细结构进行说明,如果读者有兴趣请参考http:
//www.w3.org/TR/REC-png.html。
分析PNG图像文件结构
(1)
结合上面对PNG文件的分析,下面分别对256色和16位色的PNG图像进行十六进制分析,通过分析PNG文件让读者更深入了解PNG文件格式。
如图5-15和图5-16所示,分别为256色PNG图像pic1.png和16位色PNG图像pic2.png。
其中pic1.png图像的分辨率为200×
150,文件大小为19534字节。
pic2.png图像的分辨率为200×
150,文件大小为104744字节,带透明通道。
图5-15pic1.png图像
图5-16pic2.png图像
现在来分析pic1.png的图像文件,在Winhex中打开pic1.png,如图5-17所示。
(点击查看大图)图5-17在Winhex中打开pic1.png文件
首先分析PNG的文件标志。
根据PNG文件的定义,从文件头开始前8字节数据是PNG文件的标志,如图5-18所示。
(点击查看大图)图5-18PNG文件的文件标志
接下来应该就是PNG文件的数据块结构了,按照前面对PNG文件结构的分析,第一个数据块应该是文件头数据块(IHDR)数据块,文件头数据块(IHDR)定义了PNG文件的宽高、色深、压缩方法等参数,如图5-19所示。
(点击查看大图)图5-19文件头数据块(IHDR)结构
分析PNG图像文件结构
(2)
表5-15归纳了pic1.png图像文件中文件头数据块(IHDR)中各字段的含义。
由于PNG文件使用Big-Endian顺序存储数据,所以不需要反转字节数据理解。
表5-15pic1.png图像文件中文件头数据块(IHDR)的各字段含义
十六进制值
0000000D
文件头的数据长度,0000000D=13
49484452
数据块类型标志,49484452的ASCII值等于IHDR
000000C8
图像的宽度,000000C8=200
00000096
图像的高度,00000096=150
08
色深,表示2的8次幂等于256色
03
03表示索引图像
00
00表示使用Deflate压缩编码压缩图像数据
00表示为将来使用更好的压缩方法预留
00表示非隔行扫描
AC02372B
AC02372B表示CRC
从表5-14看到pic1.png文件的文件头数据块(IHDR)结构中的CRC字段的值为AC02372B,这个CRC值是按照从数据块类型标志字段到CRC字段前一字节的数据计算而来的,即使用数据49484452000000C8000000960803000000计算,CRC的计算代码如下:
/*8位消息的CRC表格*/
unsignedlongcrc_table[256];
/*Flag:
CRC表格计算完了吗?
初始化False*/
intcrc_table_computed=0;
/*写一个CRC表格*/
voidmake_crc_table(void)
{
unsignedlongc;
intn,k;
for(n=0;
n<
256;
n++){
c=(unsignedlong)n;
for(k=0;
k<
8;
k++){
if(c&
1)
c=0xedb88320L^(c>
>
1);
else
c=c>
1;
}
crc_table[n]=c;
crc_table_computed=1;
/*使用bu[0..len-1]更新CRC表格*/
unsignedlongupdate_crc(unsignedlongcrc,unsignedchar*buf,
intlen)
unsignedlongc=crc;
intn;
if(!
crc_table_computed)
make_crc_table();
len;
c=crc_table[(c^buf[n])&
0xff]^(c>
8);
returnc;
/*返回CRC表格buf[0..len-1].*/
unsignedlongcrc(unsignedchar*buf,intlen)
returnupdate_crc(0xffffffffL,buf,len)^0xffffffffL;
main()
/*计算CRC需要的初始化数据,不同的数据块有不同的初始化数据*/
unsignedcharbuf[17]={
0x49,0x48,0x44,0x52,0x00,0x00,0x00,0xC8,0x00,
0x00,0x00,0x96,0x08,0x03,0x00,0x00,
0x00
};
unsignedlongvalue=0;
value=crc(buf,17);
继续分析下面的数据块,PNG图像文件的数据块类型由数据块类型标志决定,按照PNG图像文件中数据块的数据结构分析,接下来的数据块是物理像素尺寸数据块(pHYs),物理像素尺寸数据块(pHYs)指定像素大小或图像的宽和高的比例。
表5-16所示为物理像素尺寸数据块(pHYs)中各字段的含义。
表5-16物理像素尺寸数据块(pHYs)中各字段的含义
physPixelPerUnitX
每单位多少像素,x轴
physPixelPerUnitY
每单位多少像素,y轴
UnkownUnit,Meter
枚举类型,UnkownUnit=0,表示只定义了像素显示的比例,未定义实际像素大小。
枚举类型,Meter=1,表示定义单位为米
物理像素尺寸数据块(pHYs)的结构可以用以下代码定义:
PNG_CHUNK_HEADERchunkHdr;
uintphysPixelPerUnitX;
uintphysPixelPerUnitY;
enum{
UnkownUnit=0,
Meter=1
}pHYs;
DWORDpHYsCrc;
图5-20所示为pic1.png中的物理像素尺寸数据块(pHYs)的结构。
(点击查看大图)图5-20pic1.png中的物理像素尺寸数据块(pHYs)的结构
分析PNG图像文件结构(3)
表5-17所示为pic1.png图像文件中物理像素尺寸数据块(pHYs)中各字段的含义。
表5-17pic1.png图像文件中物理像素尺寸数据块(pHYs)中各字段的含义
00000009
物理像素尺寸数据块的长度,00000009=9
70485973
数据块类型标志,70485973的ASCII值等于pHYs
00000B13
x轴上每米像素的数量,00000B13=2835,即每米2835个像素
y轴上每米像素的数量,00000B13=2835,即每米2835个像素
01
Meter=1,将单位定义为米
009A9C18
CRC值
继续分析下面的数据,按照前面的分析方法,分析出接下来的数据块是iCCP,iCCP数据块是PNG解码时进行特殊的颜色处理信息。
iCCP数据块的结构可以用以下代码定义:
PNG_CHUNK_HEADERchunkHdr
stringprofile_name;
unsignedbytered;
}PNG_ICCP_CHUNK_DATA;
DWORDICCPCrc;
图5-21所示为pic1.png中的iCCP的数据结构。
(点击查看大图)图5-21pic1.png图像文件中iCCP数据块结构
表5-18所示为pic1.png图像文件中的iCCP数据块各字段的含义。
表5-18pic1.png图像文件中的iCCP数据块各字段的含义
00000A4D
ICCP数据块的长度,00000A4D=2637
69434350
数据块类型标志,69434350的ASCII值等于iCCP
50686F746F73686F70204943432070726F66696C6500
配置文件名,长度1~79字节,以0作为终止符的字符串。
50686F746F73686F70204943432070726F66696C6500的ASCII值等于PhotoshopICCprofile
压缩方法,0表示使用deflate压缩
78DA9D53~F784F3FB
压缩后的配置文件,解码时使用
继续分析下面的数据,按照前面的分析方法,分析出接下来的数据块是gAMA,gAMA数据块是PNG解码时进行gamma校正的信息。
gAMA数据块的结构可以用以下代码定义:
BYTEgamaChunkData[chunkHdr.btChunkLen];
DWORDgamaCrc;
图5-22所示为pic1.png中的gAMA的数据结构:
(点击查看大图)图5-22pic1.png图像文件中gAMA数据块结构
分析PNG图像文件结构(4)
表5-19所示为pic1.png图像文件中的gAMA数据块各字段的含义。
表5-19pic1.png图像文件中的gAMA数据块各字段的含义
00000004
gAMA数据块的长度,00000004=4
67414D41
数据块类型标志,67414D41的ASCII值等于gAMA
0000B18E
gamma校正信息
7CF85193
继续分析下面的数据,按照前面的分析方法,分析出接下来的数据块是cHRM,cHRM是在设备不能够显示正确的颜色时,使图像尽可能校正颜色的信息,也叫做设备无关的颜色信息。
cHRM数据块的结构可以用以下代码定义:
uintx;
uinty;
}PNG_POINT;
PNG_POINTwhite;
PNG_POINTred;
PNG_POINTgreen;
PNG_POINTblue;
}PNG_CHRM_CHUNK_DATA;
PNG_CHRM_CHUNK_DATAchrmChunkData;
DWORDchrmCrc;
图5-23所示为pic1.png中的cHRM的数据结构。
(