png图片结构分析与加密解密原理
PNG文件格式分为PNG-24和PNG-8,其最大的区别是PNG-24是用24位来保存一个像素值,是真彩色,而PNG-8是用8位索引值来在调色盘 中索引一个颜色,因为一个索引值的最大上限为2的8次方既128,故调色盘中颜色数最多为128种,所以该文件格式又被叫做PNG-8 128仿色。PNG-24因为其图片容量过大,而且在Nokia和Moto等某些机型上创建图片失败和显示不正确等异常时有发生,有时还会严重拖慢显示速度,故并不常 用,CoCoMo认为这些异常和平台底层的图像解压不无关系。不过该格式最大的优点是可以保存Alpha通道,同事也曾有过利用该图片格式实现Alpha 混合的先例,想来随着技术的发展,手机硬件平台的提升,Alpha混合一定会被广泛的应用,到那时该格式的最大优势才会真正发挥。?
8 bit PNGs use an indexed color palette like GIF. If you want variable transparency, use 32bit PNGs (24 bit color, 8 bit alpha). If you don't care about transparency, use 24 bit PNGs.
PNG-8文件是目前广泛应用的PNG图像格式,其主要有六大块组成: ?1.PNG文件标志,为固定的64个字节:0x89504e47 0x0d0a1a0a ?2.文件头数据块IHDR(header chunk) 3.调色板数据块PLTE(palette chunk) 4.sBIT,tRNS块?等。。。
5.图像数据块IDAT(image data chunk)
6.图像结束数据IEND(image trailer chunk),固定的96个字节:0x00000000 0x49454e44 0xae426082
?这六大块按顺序排列,也就是说IDAT块永远是在PLTE块之后,期间也会有许多其他的区块用来描述信息,例如图像的最后修改时间是多少,图像的创建者是谁等,不过这些区块的信息对我们来说都是可有可无的描述信息,故压缩时一般先向这些区块开刀。
1
??数据块1-4:?
除了PNG文件标志,其中四大数据块和文件尾都是由统一的数据块文件结构描述的:? Chunk Length: 4byte? Chunk Type: 4byte?
Chunk Data: Chunk Length的长度 Chunk CRC: 4byte
?例如IHDR块的数据长度为13,既? Chunk Length = 13 ? Chunk Type = \
IHDR块:
?用来描述图像的基本信息,其格式为:? 图像宽: 4byte? 图像高: 4byte? 图像色深: 4byte? 颜色类型: 1byte? 压缩方法: 1byte? 滤波方法: 1byte? 扫描方法: 1byte?
2
?
曾经有人问过我,撒叫滤波方法和扫描方法,汗,说实话我也不知道,不过我们是在做手机游戏,不是在搞图形学不是嘛。
PLTE块:?
这个就是传说中放置调色盘数据的地方啦,其格式为:? 循环?
RED: 1byte? GREEN:1byte? BLUE: 1byte? END
?循环长度嘛,不就是Chunk Length / 3的长度嘛,而且Chunk Length一定为3的倍数。
tRNS块:?
这个块时有时无,主要是看你是否使用了透明色。该区块的格式为:? 循环?
if(对应调色盘颜色非透明)? 0xFF: 1byte? else?
0x00: 1byte? END?
循环长度为调色盘的颜色数,相当于调色盘颜色表的一个对应表,标识该颜色是否透明,0xFF不透明,0x00透明。故如果用UltraEdit查看PNG文件的二进制编码,如果看到一大片FF,一般就是tRNS区块啦,因为一个PNG文件一般只有一个透明色。
3
??IDAT块:?这个就是存放图像数据的地方啦,这里要注意的是一个PNG文件可能有多个IDAT区块,而其他三大区块只可能有一个。?IDAT 区块是经过压缩的,所以数据不可读 ,压缩算法一般为LZ77滑动窗口算法,如果硬要看里面的数据的话,用zlib库也是可以的,CoCoMo当年就见过 Windows Mobile上的帝国时代巨变态的用zlib库压缩和解压该区块来进一步减少PNG文件大小,真是寸K寸金啊。
IEND块:?该区块虽然也按照数据块的结构,但Chunk Data是没有的,所以是固定的96个字节:0x00000000 0x49454e44 0xae426082
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。
PNG图像压缩:
了解了PNG的文件结构,压缩就有的放矢了。压缩有6个级别,可以根据需要选择。 Level1:读取PNG文件,将除六大块之外的所有区块都过滤掉
Level2:文件头是固定的0x89504e47 0x0d0a1a0a,文件尾是固定的0x00000000 0x49454e44 0xae426082,去掉!
Level3:每个区块的Chunk Type我们是否需要呢?很明显,我们自己写的压缩格式自己应该清楚是按照什么样的顺序,去掉!
Level4:每个区块的Chunk Length我们是否需要呢? IHDR块:定长13个字节,明显不需要,去掉。
PLTE块:最多128个颜色,为撒要用4byte来记录区块长度而不是用1byte来记录颜色数呢?
tRNS块:既然有颜色数,tRNS又是调色盘颜色表的对应表,既数量与颜色数相同,为撒还需要呢?
IDAT块:我想这个是唯一需要4byte来记录长度的区块。 Level5:每个区块的Chunk CRC是否需要呢?
因为计算CRC需要一些时间,但对于字节较少的区块一般可以忽略不计,所以对于这个问题还是由程序员自己决定吧。对于CRC的计算可以参看CoCoMo的另一篇Blog“PNG文件的CRC码计算”
4
Level6:每个区块我们是否要原封不动的保存期数据呢?
IHDR块:除了宽、高、色深是需要的,后面那4byte的信息是固定的0x03000000 PLTE块:为撒要用3byte来表示RGB而不是2byte的565格式?压缩方法可以参看CoCoMo的另一篇Blog“关于PNG图像压缩的一点感悟”
tRNS块:我想tRNS块是冗余最多的区块了吧,大段大段的0xFF明显没有必要,一般的PNG文件只有一个透明色,为撒要用对应表的方法而不是一个索 引来记录到底哪个是透明色呢?由于颜色数最多128,所以只需1byte就可以代替tRNS那么多0xFF啦。 IDAT块:么想法,如果你够变态,把zlib加进来吧!
PNG图像解压:
创建了自定义的文件,J2ME端读取后,就面临解压的问题了。我们可以利用此函数来创建Image: static Image
createImage(byte[] imageData, int imageOffset, int imageLength)
前提是传入的imageData与PNG未被压缩前的一致。因为PNG文件格式是固定的,所以读取自定义的压缩文件后,开始将那些默认的数据再添加进去,实现解压的目的。下面就开始解压之旅吧!
首先要创建一个ByteArrayOutputStream out,
1.写入文件头:
out.writeInt(0x89504e47); out.writeInt(0x0d0a1a0a);
2.写入IHDR块 out.writeInt(13);
out.writeInt(0x); //0x为Chunk Type \out.writeInt(width); out.writeInt(height); out.writeByte(depth);
out.writeInt(0x03000000); //压缩时舍掉的4byte,默认0x03000000 out.writeInt(crc);
其他区块方法一致,故略过。。。
3.写入文件尾
out.writeInt(0x00000000);
5