PNG图像文件格式解析

2023-08-17 06:59| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、实验要求

使用 FlexHEX 对 png 图片文件进行格式解析并分析

使用图片：在这里插入图片描述

二、背景介绍 PNG是20世纪90年代中期开始开发的图像文件存储格式，是一种采用无损压缩算法的位图格式，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。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。PNG图像格式文件(或者称为数据流)由一个8字节的PNG文件署名(PNG file signature)域和按照特定结构组织的3个以上的数据块(chunk)组成。三、文件组织方式及分析 1.PNG文件署名域

8字节的PNG文件署名域用来识别该文件是不是PNG文件。一个PNG文件其文件头总是由位固定的字节来描述的。该域的值是：

十进制数十六进制数137898050784e7147130d100a261a100a

可以看到前八个字节的确如上表所示，表明此图片确实为 PNG 格式在这里插入图片描述

2.数据块的结构数据块结构分为关键数据块和辅助数据块，每个数据块结构都由下表所示的的4个域组成：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

1）关键数据块

关键数据块中的4个标准数据块是：

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，它的格式如图所示。在这里插入图片描述图片分析如下：

名称长度图片说明Length4字节在这里插入图片描述

长度为0x0D，13正好是IHDR的长度Chunk Type Code4字节在这里插入图片描述

是IHDR的数据块Width4字节在这里插入图片描述

宽度是0x1405，即5125像素Height4字节在这里插入图片描述

高度是0x1F04，即7940像素Bit depth1字节在这里插入图片描述

图像深度是8位ColorType1字节在这里插入图片描述

颜色类型是0x06，即带α通道数据的真彩色图像Compression method1字节在这里插入图片描述

是0x00，即无压缩Filter method1字节在这里插入图片描述

是0x00，即无滤波Interlace method1字节在这里插入图片描述

是0x00，即非隔行扫描CRC4字节在这里插入图片描述

循环冗余码调色板数据块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。

调色板数据块结构如图所示：在这里插入图片描述调色板实际是一个彩色索引查找表，它的表项数目可以是1～256中的一个数，每个表项有3字节，因此调色板数据块所包含的最大字节数为768。

本例是带α通道数据的真彩色图像，没有调色板数据块

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。00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82 分析可以看到的确一致在这里插入图片描述

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

2）辅助数据块

PNG文件格式规范制定的10个辅助数据块是：

(1) 背景颜色数据块bKGD(background color)。 (2) 基色和白色度数据块cHRM(primary chromaticities and white point)。所谓白色度是指当R＝G＝B＝最大值时在显示器上产生的白色度。 (3) 图像γ数据块gAMA(image gamma)。 (4) 图像直方图数据块hIST(image histogram)。 (5) 物理像素尺寸数据块pHYs(physical pixel dimensions)。 (6) 样本有效位数据块sBIT(significant bits)。 (7) 文本信息数据块tEXt(textual data)。 (8) 图像最后修改时间数据块tIME (image last-modification time)。 (9) 图像透明数据块tRNS (transparency)。 (10) 压缩文本数据块zTXt (compressed textual data)。

PNG文件格式中的数据块：在这里插入图片描述 3） sRGB数据块

名称字节说明Rendering intent10:Perceptual 适用于喜欢以输出色域为佳，而以色度精度为代价的图像，例如照片。1:Relative colorimetric 用于需要颜色外观匹配的图像。2:Saturation 适用于希望保留饱和度但以色相和亮度为代价的图像，例如图表和图形。3:Absolute colorimetric 用于需要保留绝对色度的图像，例如用于其他输出设备的图像预览（校样）。

此处更换了第二张图片进行实验

可以看到数值为1，是sRGB形式在这里插入图片描述 Rendering intent 部分的数值为0，则适用于喜欢以输出色域为佳，而以色度精度为代价的图像，例如照片。