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PNG 格式

Portable Network Graphics

基于 chunk 的结构

PNG 大概是最干净利落的文件格式之一。所有内容都被组织成一个个“chunk”， 每个 chunk 自成一体，带着类型、数据和校验和。妙就妙在解码器可以直接跳过 自己看不懂的 chunk，PNG 因此能支持元数据，又不会让老软件读不了。

更聪明的是 chunk 的命名规则：首字母大写表示“关键”（缺了它图片就显示不出来）， 小写则表示“辅助”，有更好，没有也不影响。我们关心的那些元数据 chunk 全都是辅助型的， 所以可以放心删掉。

PNG 文件结构

Signature
IHDR
Metadata
IDAT
IEND
Signature
8 字节
89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A
IHDR
25 字节
图像头（必需）
Metadata
100 字节
tEXt、iTXt、eXIf 等 chunk
IDAT
长度可变
压缩后的图像数据
IEND
12 字节
图像结束标记

PNG 签名和 IHDR

PNG 签名
IHDR 长度（13）
IHDR 类型
宽度（256）
高度（256）
位深、颜色类型等
OffsetHexASCII
0000
89504E470D0A1A0A0000000D49484452
.PNG........IHDR
0010
00000100000001000802000000000000
.............

chunk 的结构

长度类型数据CRC32
4 字节4 字节可变4 字节

chunk 类型的命名约定

  • • 首字母大写 = 关键 chunk（必须能被理解）
  • • 首字母小写 = 辅助 chunk（可选，可以忽略）
  • • 第二个字母 = 公有（大写）或私有（小写）

关键 chunk

这些 chunk 必须存在、必须能被理解，图片才算有效。PicScrub 永远会保留关键 chunk。

IHDR：图像头

紧跟在签名之后的第一个 chunk，包含宽度、高度、位深、颜色类型、 压缩方法、过滤方法和隔行扫描方法，数据部分正好 13 字节。

IDAT：图像数据

存放压缩后（zlib/deflate）的图像数据，可能被拆成多个 IDAT chunk， 但所有 IDAT chunk 必须连续排列。

IEND：图像结束

标记 PNG 数据流的结束，必须是最后一个 chunk，数据部分为零字节。

PLTE：调色板

索引颜色图片（颜色类型 3）必需，包含 1–256 个 RGB 调色板条目。

元数据 chunk

这些辅助 chunk 可能装着涉及隐私的元数据，也正是 PicScrub 会清除的部分。

tEXt：未压缩文本

以 Latin-1 编码存放的键值对。常见的键有 Author、Description、 Copyright、Creation Time、Software。

Format: keyword + null + text

zTXt：压缩文本

和 tEXt 一样，只是用 zlib 压缩过，适合放较长的文本内容。

iTXt：国际化文本

UTF-8 文本，可选压缩，支持语言标签和翻译过的关键词，XMP 元数据就放在这里。

XMP keyword: XML:com.adobe.xmp\0

eXIf：EXIF 数据

2017 年被登记为 PNG 的扩展。里面是 TIFF 格式的原始 EXIF 数据， 结构和 JPEG 里的 EXIF 一样。 可能包含 GPS、时间戳和设备信息。

iCCP：ICC 色彩配置文件

内嵌的 ICC 色彩配置文件，用 zlib 压缩。为了颜色准确，PicScrub 默认会保留它。

tIME：最后修改时间

七个字节：年（2 字节）、月、日、时、分、秒，会暴露图片最后一次被修改的时间。

与颜色相关的 chunk

这些 chunk 会影响颜色的呈现，但通常不含个人信息，PicScrub 默认保留它们。

sRGB

声明使用 sRGB 色彩空间，用一个字节表示渲染意图。

gAMA

伽马值，以 4 字节无符号整数表示（乘以 100,000 后存储）。

cHRM

三原色的色度坐标和白点坐标。

sBIT

各通道原始采样的位深。

CRC32 校验

每个 PNG chunk 都带着一个 CRC32 校验和，覆盖 chunk 类型和数据，用来保证数据完整。

CRC 的计算方式

CRC32 input = chunk_type (4 bytes) + chunk_data (N bytes)
CRC32 output = 4 bytes appended after chunk data

// PNG 使用的 CRC-32 多项式：0xEDB88320

PicScrub 为什么要校验 CRC

读取 PNG 文件时，PicScrub 会校验每个 chunk 的 CRC，以确保数据完整。 遇到损坏的 chunk 也会妥善处理，不会直接崩掉。

PicScrub 如何处理 PNG

1

校验签名

确认 PNG 签名：89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A

2

解析 chunk

读取每个 chunk 的长度和类型，并校验 CRC

3

过滤元数据 chunk

识别并跳过 tEXt、zTXt、iTXt、eXIf、tIME 这些 chunk

4

重新拼出文件

写入签名 + 过滤后的 chunk + IEND

保留的 chunk

  • • IHDR、PLTE、IDAT、IEND（关键）
  • • sRGB、gAMA、cHRM（颜色）
  • • iCCP（色彩配置文件，可选）
  • • pHYs（像素尺寸）
  • • tRNS（透明度）

清除的 chunk

  • • tEXt（文本元数据）
  • • zTXt（压缩文本）
  • • iTXt（国际化文本、XMP）
  • • eXIf（EXIF 数据）
  • • tIME（修改时间）