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PNG

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Portable Network Graphic
PNG transparency demonstration 1.png
PNG transparency demonstration 2.png
上图为一张带8位透明通道的PNG图像,下图为被置于透明呈现棋盘的同一图像
扩展名 .png
互联网媒体类型 image/png
类型代码 PNGf
PNG
统一类型标识 public.png
開發者 W3C
最初版本 1996年10月1日 (1996-10-01)
格式 无损位图图像文件格式
延伸至 APNGJNGMNG
标准 ISO 15948, IETF RFC 2083
自由檔案格式

便携式网络图形(Portable Network Graphics,PNG)是一种无损压缩位图图形格式,支持索引、灰度RGB三种颜色方案以及Alpha通道等特性。PNG的开发目标是改善并取代GIF作为适合网络传输的格式而不需专利许可,所以被广泛应用于互联网及其他方面上。

PNG另一个非正式的名称来源为递归缩写:“PNG is Not GIF”。

特性[编辑]

  • 支持256色调色板技术以产生小体积文件
  • 最高支持48位真彩色图像以及16位灰度图像
  • 支持Alpha通道的透明/半透明特性。
  • 支持图像亮度的Gamma校准信息。
  • 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。
  • 使用无损压缩。
  • 渐近显示和流式读写,适合在网络传输中快速显示预览效果后再展示全貌。
  • 使用CRC防止文件出错。
  • 最新的PNG标准允许在一个文件内存储多幅图像。

版本及历史[编辑]

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美国 第4558302号)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預設的Internet Explorer浏览器一直到7.0版才支持PNG格式中的半透明效果,較早期的版本(如6.0 SP1)需要下載Hotfix [1]或由網站提供額外的Script去支援。[2]这造成PNG格式并没有得到广泛的认知。

  • 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(ISOIEC 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。

此外也产生了基于PNG的动画格式:1996年6月提出PNF(Portable Network Frame)草案,当年8月改名为MNG(Multiple-image Network Graphics)。[1]

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。[2]

文件结构[编辑]

PNG图像格式文件由一个8字节的PNG文件标识(file signature)域和3个以上的后续数据块(chunk)组成。

PNG文件包括8字节文件署名(89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A,十六进制),用来识别PNG格式。

十六进制 含义
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。

PNG定义了两种类型的数据块:一种是PNG文件必须包含、读写软件也都必须要支持的关键块(critical chunk);另一种叫做辅助块(ancillary chunks),PNG允许软件忽略它不认识的附加块。这种基于数据块的设计,允许PNG格式在扩展时仍能保持与旧版本兼容

关键数据块中有4个标准数据块:

  • 文件头数据块IHDR(header chunk):包含有图像基本信息,作为第一个数据块出现并只出现一次。
  • 调色板数据块PLTE(palette chunk):必须放在图像数据块之前。
  • 图像数据块IDAT(image data chunk):存储实际图像数据。PNG数据允许包含多个连续的图像数据块。
  • 图像结束数据IEND(image trailer chunk):放在文件尾部,表示PNG数据流结束。

与其他格式相比[编辑]

PNG vs GIF[编辑]

  • 对于小图像,GIF可以比PNG有更好的压缩率。对于大多数图像,GIF文件都会比PNG要大。
  • PNG提供了比GIF更广泛的透明度选项,包括α通道透明度。
  • 相比GIF只提供了8位的索引颜色,PNG能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,可以做到更高的颜色精度,更平滑的颜色过渡等等。当加入α通道后,可以支持每个像素64位的表示。
  • 当将一个PNG格式图像转换为GIF时,如果PNG图像含有超过256种颜色,图像质量会由于分色(减少颜色数)而下降。
  • GIF原生支持动态图像,PNG只能通过非官方的插件来实现。

PNG在旧浏览器上的支持会差一些。比如IE6对PNG的支持有限。随着浏览器的换代,这已经不是问题了。

PNG vs JPEG[编辑]

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,噪音多,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失真。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,会产生迭代失真,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JPEG2000Adobe 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失真。

PNG vs JPEG-LS[编辑]

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。

PNG vs TIFF[编辑]

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CCITT Group 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。

参考文献[编辑]

  1. ^ Microsoft技術支援服務 - You cannot view some PNG images in Internet Explorer 6,於2009年6月1日查閱。
  2. ^ The PNG problem in Windows Internet Explorer,於2009年6月1日查閱。

外部链接[编辑]