图像格式.png/.PNG - 便携式网络图形

图像格式.png/.PNG - 便携式网络图形

PNG（Portable Network Graphics），便携式网络图形，

• 是一种采用无损压缩算法的位图格式，支持索引、灰度、RGB三种颜色方案以及Alpha通道等特性。
• 其设计目的是试图替代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使用从LZ77派生的无损数据压缩算法，它的特点，压缩比高，生成文件体积小。PNG文件的扩展名为.png

1、特性

• 1.1 体积小。网络通讯中因受带宽制约，在保证图片清晰、逼真的前提下，网页中不可能大范围的使用文件较大的bmp格式文件。
• 1.2 无损压缩。PNG文件采用LZ77算法的派生算法进行压缩，其结果是获得高的压缩比，不损失数据。它利用特殊的编码方法标记重复出现的数据，因而对图像的颜色没有影响，也不可能产生颜色的损失，这样就可以重复保存而不降低图像质量。
• 1.3 索引彩色模式。PNG-8格式与GIF图像类似，同样采用8位调色板将RGB彩色图像转换为索引彩色图像。图像中保存的不再是各个像素的彩色信息，而是从图像中挑选出来的具有代表性的颜色编号，每一编号对应一种颜色，图像的数据量也因此减少，这对彩色图像的传播非常有利。
• 1.4 更优的网络传输显示。PNG图像在浏览器上采用流式浏览，即使经过交错处理的图像会在完全下载之前提供浏览者一个基本的图像内容，然后再逐渐清晰起来。它允许连续读出和写入图像数据，这个特性很适合于在通信过程中显示和生成图像。
• 1.5 支持透明效果。PNG可以为原图像定义256个透明层次，使得彩色图像的边缘能与任何背景平滑地融合，从而彻底地消除锯齿边缘。这种功能是GIF和JPEG没有的。1.6 支持图像亮度的Gamma校准信息。
  • 1.5.1 支持真彩和灰度级图像的Alpha通道透明度。 最高支持24位真彩色图像以及8位灰度图像。
  • 1.5.2 支持Alpha通道的透明/半透明特性。
• 1.7 支持存储附加文本信息。以保留图像名称、作者、版权、创作时间、注释等信息。

2、文件构成
PNG图像格式的文件由一个8字节的PNG文件署名和3个以上的后续数据块，如IHDR、IDAT、IEND等组成。 
2.1 文件署名

• PNG文件包括8字节文件署名（例如：89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A，十六进制），用于识别PNG格式，所有PNG图片文件内容开头都有都有文件署名。
  • 89：用于检测传输系统是否支持8位的字符编码（8 bit data），用以减少将文本文件被错误的识别成PNG文件的机会，反之亦然。
  • 50 4E 47：PNG每个字母对应的ASCII，让用户可以使用文本编辑器查看时，识别出是PNG文件。
  • 0D 0A：DOS风格的换行符（CRLF）。用于DOS-Unix数据的换行符转换。
  • 1A：在DOS命令行下，用于阻止文件显示的文件结束符。
  • 0A：Unix风格的换行符（LF）。用于Unix-DOS换行符的转换。 

2.2 数据块结构
PNG定义了两种类型的数据块，一种是称为关键数据块（critical chunk），这是必需的数据块，另一种叫做辅助数据块（ancillary chunks），这是可选的数据块。

• 每个数据块都包含长度，数据块类型，数据块数据，循环冗余检测四个部分。
• 关键数据块定义了4个标准数据块：文件头数据块IHDR，调色板数据块PLTE，图像数据块IDAT，图像结束数据块IEND。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。
• 辅助数据块有cHRM，gAMA，sBIT等，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。

3、PNG格式
PNG格式有8位、24位、32位三种形式，其中8位PNG支持两种不同的透明形式（索引透明和alpha透明），24位PNG不支持透明，32位PNG在24位基础上增加了8位透明通道，因此可展现256级透明程度。
PNG8和PNG24后面的数字则是代表这种PNG格式最多可以索引和存储的颜色值。8代表2的8次方也就是256色，而24则代表2的24次方大概有1600多万色。

4、PNG与其他格式对比
4.1 PNG与 GIF

• 一般情况下将静态GIF图像无损转换为PNG后可以压缩率会略为提高（前提是同样采用8位索引模式）。
• PNG可提供更大颜色深度的支持，包括24位（8位3通道）和48位（16位3通道）真彩色。加入α通道后可进一步支持每像素64位的表示。
• 超过8位色深的PNG图像转换为GIF时，图像质量会由于分色（颜色数减少）而下降。
• GIF原生支持动态图像，PNG只能通过非标准实现，在PNG的基础上另有发展出支持动画的APNG和MNG格式，但普及度不高。PNG在IE6等旧浏览器上的支持较差。

4.2 PNG 与JPEG

• JPEG可以对照片（或类似）图像生成更小的文件，这是由于JPEG采用了一种针对照片图像的特定有损编码方法，这种编码适用于低对比，图像颜色过渡平滑，噪声多，且结构不规则的情况下。如果在这种情况下用PNG代替JPEG，文件尺寸增大很多，而图像质量的提高有限。相应的，如果保存文本，线条或类似的边缘清晰，有大块相同颜色区域的图像，PNG格式的压缩效果就要比JPEG好很多，并且不会出现JPEG那样的高对比度区域的图像有损。如果图像既有清晰边缘，又有照片图像的特点，就在在这两种格式之间权衡一下了。JPEG不支持透明度。
• 由于JPEG是有损压缩，会产生迭代有损，在重复压缩和解码的过程中会不断丢失信息使图像质量下降。由于PNG是无损的，保存将要被编辑的图像来说更加合适。虽然PNG压缩照片图像也有效，但有专门针对照片图像设计的无损压缩格式，比如无损JPEG2000，Adobe DNG等。总的来说这些格式都不能做到适用所有图像。对于将要发布的图像可以保存成JPEG，用JPEG编码一次不会造成明显的图像有损。

4.3 PNG vs JPEG-LS

JPEG-LS是一个“几乎”无损压缩格式，相对于上面提到的有损JPEG压缩，它的知名度不高。它可以直接和PNG相比较，使用一组标准的测试图像。在Waterloo Repertoire ColorSet（一组标准测试图像）下，JPEG-LS通常表现要比PNG好10%-15%，但其中有一些图像PNG表现明显更好一些，大约50%-75%。所以，如果这两种格式都支持而且对图像文件大小很敏感的话，可以用这两种格式都试试，和图像数据本身有比较大关系。

4.4 PNG与TIFF

• TIFF是一个相当多方案结合的格式。它被广泛用作专业图像编辑软件之间图像交换的中间格式，因此它不断支持更多应用程序所需的功能，而对应用程序不关心的图像操作部分支持不多。这也意味着许多应用程序只能识别TIFF的一个子集，而产生更多的潜在混淆之处。
• TIFF使用的最通用的无损压缩算法是LZW。这种算法--GIF中也在使用，直到2003年一直在专利保护之中。有一种TIFF变种使用与PNG相同的压缩算法，但是没有被许多专利程序所支持。TIFF也提供了一种特殊的无损压缩算法，类似CCITTGroup IV，可以对二值图像（比如传真或黑白文本）比PNG有更好的压缩效果。 PNG只支持非自左乘α，而TIFF也支持联合（自左乘）α。
• PNG规范中不包含嵌入式EXIF（可交换图像文件格式）图像数据的标准，比如数码像机拍得的图像。而TIFF，JPEG 2000, DNG都支持EXIF。
• 早期的浏览器不支持PNG图像；JPEG和GIF是主流图像格式。由于GIF的颜色深度限制，网页中的有颜色过渡的图像都是使用JPEG。不管怎样，JPEG压缩都会导致图像的轻微模糊。而PNG可以做到在相应颜色深度下的尽可能精确，同时保持图像文件不大。PNG已经渐渐成为一种对于小的梯度图像的较好的选择，众多浏览器都已经对PNG有了很好的支持 。

5、发展历史

• 1995年早期，Unisys公司根据它在GIF格式中使用的LZW数据压缩算法的软件专利开始商业收费，为避免专利影响，用于表现单张图像的PNG、用于表现动画的MNG图形文件格式被同时创建出来。1999年8月，Unisys公司进一步中止了对自由软件和非商用软件开发者的GIF专利免费许可，从而使PNG格式获得了更多的关注。
• 在PNG传播过程中，很多网络浏览器经过很长时间才开始完全支持PNG格式，如Microsoft Windows默认的Internet Explorer浏览器一直到7.0版才支持PNG格式中的半透明效果，较早期的版本（如6.0 SP1）需要下载Hotfix 或由网站提供额外的Script去支持，这造成PNG格式并没有得到广泛的认知。
• 1996年6月提出PNF（Portable Network Frame）草案，当年8月改名为MNG（Multiple-image Network Graphics）。
• PNG的1.0版本规范于1996年7月1日发布，后来被称为RFC 2083标准，并在1996年10月1日成为W3C建议。
• PNG的1.1版本进行了部分小幅修改并增加了三个新的数据块定义，于1998年12月31日发布。
• PNG的1.2版本增加了另外一个数据块，于1999年8月11日发布。
• PNG现行版本是国际标准（ISO/IEC 15948:2003），并在2003年11月10日作为W3C建议发布。这个版本与1.2版仅有细微差别。
• 2004年末，PNG的动画扩展——APNG，被提出来。这是一个相对于MNG更简单的动画实现方案，不识别APNG格式的PNG解码器至少能够正常回放第一幅普通PNG画面。 

创建时间：2022.10.12　　更新时间：