一、PNG格式是什么
PNG（Portable Network Graphics）是一种无损压缩图像格式，支持透明通道、多色深存储，核心由文件标志和数据块组成，兼具兼容性与灵活性，广泛应用于网页、设计等场景。
PNG文件的核心结构分为两部分，整体设计围绕"模块化数据存储"展开，确保解析高效且功能可扩展：
- 文件标志：固定8字节标识，用于快速识别PNG文件。
- 数据块（Chunks）：存储图像所有信息，分为关键数据块（必需）和辅助数据块（可选），各数据块按严格顺序排列。
二、PNG文件基础组成
2.1 文件标志
- 十六进制值：
89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A - 核心识别：中间
50 4E 47对应ASCII码"PNG"，是文件类型的核心标识。 - 作用：区分PNG与其他图像格式（如BMP、JPG），避免解析错误。
2.2 数据块整体格式
所有PNG数据块遵循相同的4段式结构，总长度=4（长度）+4（类型）+N（数据）+4（CRC）字节：
| 字段 | 大小（字节） | 描述 |
|---|---|---|
| Length（长度） | 4 | 指定数据块中"数据部分"的字节数，不包含自身、类型码和CRC字段 |
| Chunk Type Code（类型） | 4 | 4个ASCII字符组成（如IHDR、PLTE），标识数据块功能 |
| Chunk Data（数据） | Length | 存储该数据块的核心信息（如图像宽高、颜色数据等） |
| CRC（循环冗余检测） | 4 | 基于"类型码+数据"计算得出，用于验证数据完整性，算法为X³²+X²⁶+X²³+X²²+X¹⁶+X¹²+X¹¹+X¹⁰+X⁸+X⁷+X⁵+X⁴+X²+X+1 |
三、关键数据块（Critical Chunks）
关键数据块是PNG文件正常解析的基础，数量固定、顺序严格，不可缺失（PLTE除外）：
| 数据块名称 | 是否允许多个 | 位置要求 | 核心功能 |
|---|---|---|---|
| 文件头数据块（IHDR） | 否 | 第一个数据块 | 存储图像基础参数：宽高（4字节各）、色深、颜色类型、压缩方式、隔行扫描方法 |
| 调色板数据块（PLTE） | 否 | 第二个数据块（可选，仅8位及以下色深图像需用） | 存储RGB三色值（每组3字节），供索引彩色图像映射颜色 |
| 图像数据块（IDAT） | 是 | PLTE之后（有PLTE时）或IHDR之后（无PLTE时），多块需连续存储 | 存储经DEFLATE（LZ77变种）压缩的图像实际数据，是图像内容的核心 |
| 图像结束数据块（IEND） | 否 | 最后一个数据块 | 标记文件结束，固定十六进制值：00 00 00 00 49 45 AE 44 4E 62 60 82 |
关键数据块拓展说明
- IHDR颜色类型：0（灰度）、2（真彩色）、3（索引色）、4（灰度+α通道）、6（真彩色+α通道），需与色深匹配（如真彩色色深为8/16位）。
- IDAT核心限制：数据长度不可为0，否则文件无法打开（实操验证结论）。
- IEND特性：无实际数据（长度为0），仅作为结束标识，CRC值固定。
四、辅助数据块
辅助数据块共14种，可选包含，用于补充图像的附加信息（如颜色校准、元数据），部分有位置限制：
| 数据块名称 | 是否允许多个 | 位置要求 | 核心功能 |
|---|---|---|---|
| 基色和白色点数据块（cHRM） | 否 | PLTE与IDAT之间 | 定义图像的基色和白色点参数，用于颜色校准 |
| 伽马数据块（gAMA） | 否 | PLTE与IDAT之间 | 存储gamma校正值，确保不同设备显示颜色一致 |
| 标准RGB颜色数据块（sRGB） | 否 | PLTE之后、IDAT之前（与iCCP互斥） | 指定图像的RGB颜色空间标准 |
| 背景颜色数据块（bKGD） | 否 | PLTE之后、IDAT之前 | 定义图像的默认背景色 |
| 透明数据块（tRNS） | 否 | PLTE之后、IDAT之前 | 存储透明通道信息，支持索引色/灰度图的透明设置 |
| 物理像素尺寸数据块（pHYs） | 否 | IDAT之前 | 定义图像物理尺寸（每米像素数），支持打印/显示比例校准 |
| 文本信息数据块（tEXt/iTXt） | 是 | 无限制 | 存储图像元数据（如作者、版权、描述），iTXt支持多语言 |
辅助数据块拓展说明
- 互斥关系：sRGB与iCCP不可同时存在，需根据使用场景选择（网页常用sRGB）。
- 实用价值：pHYs用于印刷行业校准尺寸，tRNS实现无损透明（区别于JPG的Alpha通道压缩）。
五、PNG格式的优势与应用场景
5.1 优势
- 无损压缩：压缩后不损失图像细节，适合截图、图标、设计原稿。
- 支持透明：通过tRNS或α通道实现不同程度透明（完全透明/半透明）。
- 多色深支持：从1位（黑白）到16位（真彩色），适配不同需求。
- 无版权限制：开源格式，无需支付授权费用。
5.2 与其他格式对比
| 格式 | 压缩方式 | 透明支持 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| PNG | 无损 | 支持 | 图标、截图、设计稿、网页图像 |
| JPG | 有损 | 不支持 | 照片、大尺寸图像（追求小体积） |
| BMP | 无压缩 | 不支持 | 原始图像存储（体积大） |