前言
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”。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。
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PNG文件格式中的数据块
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数据块符号
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数据块名称
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多数据块
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可选否
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位置限制
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| IHDR |
文件头数据块 |
否 |
否 |
第一块 |
| 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 |
图像最后修改时间数据块 |
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 |
否 |
否 |
最后一个数据块 |
为了简单起见，我们假设在我们使用的PNG文件中，这4个数据块按以上先后顺序进行存储，并且都只出现一次。
数据块结构
PNG文件中，每个数据块由4个部分组成，如下：
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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 |
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
下面，我们依次来了解一下各个关键数据块的结构吧。
IHDR
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。
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域的名称
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字节数
|
说明
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| Width |
4 bytes |
图像宽度，以像素为单位 |
| Height |
4 bytes |
图像高度，以像素为单位 |
| Bit depth |
1 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 |
| ColorType |
1 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 method |
1 byte |
压缩方法(LZ77派生算法) |
| Filter method |
1 byte |
滤波器方法 |
| Interlace method |
1 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) |
由于我们研究的是手机上的PNG，因此，首先我们看看MIDP1.0对所使用PNG图片的要求吧：
- 在MIDP1.0中，我们只可以使用1.0版本的PNG图片。并且，所以的PNG关键数据块都有特别要求：
IHDR
- 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：仅支持压缩方式0（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。（其实这也就是为什么J2ME能很好的支持PNG图像的原因：））
- 滤波器方法：尽管在PNG的白皮书中仅定义了方法0，然而所有的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0 (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
关于更多的信息，可以参考http://www.w3.org/TR/REC-png.html
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：
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颜色
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字节
|
意义
|
|
Red
|
1 byte
|
0 = 黑色, 255 = 红
|
|
Green
|
1 byte
|
0 = 黑色, 255 = 绿色
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|
Blue
|
1 byte
|
0 = 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α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，为了方便大家观看，我们将图像放大：
使用UltraEdit32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
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。
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：
参考资料：
PNG文件格式白皮书：http://www.w3.org/TR/REC-png.html
为数不多的中文PNG格式说明：http://dev.gameres.com/Program/Visual/Other/PNGFormat.htm
RFC-1950(ZLIB Compressed Data Format Specification)：ftp://ds.internic.net/rfc/rfc1950.txt
RFC-1950(DEFLATE Compressed Data Format Specification)：ftp://ds.internic.net/rfc/rfc1951.txt
LZ77算法的JAVA实现：http://jazzlib.sourceforge.net/
LZ77算法的JAVA实现，包括J2ME版本：http://www.jcraft.com/jzlib/index.html