Портативная сетевая графика ( PNG , официально произносится / p ɪ ŋ / [2] [3] PING , в разговорной речи произносится / ˌ p iː ɛ n ˈ dʒ iː / [4] PEE -en- JEE ) — это формат файла растровой графики , который поддерживает сжатие данных без потерь . [5] PNG был разработан как улучшенная незапатентованная замена формата графического обмена (GIF) — неофициально инициалы PNG обозначали рекурсивный акроним «PNG's not GIF». [6]
PNG поддерживает изображения на основе палитры (с палитрами цветов 24-битного RGB или 32-битного RGBA ), изображения в оттенках серого (с альфа-каналом или без него для прозрачности) и полноцветные изображения RGB или RGBA без палитры. Рабочая группа PNG разработала формат для передачи изображений в Интернете , а не для печати графики профессионального качества; поэтому цветовые пространства , отличные от RGB , такие как CMYK , не поддерживаются. Файл PNG содержит одно изображение в расширяемой структуре блоков , кодируя основные пиксели и другую информацию, такую как текстовые комментарии и проверки целостности, описанные в RFC 2083. [7]
Файлы PNG имеют расширение «.png» и тип мультимедиа MIME «image/png» . [8] PNG был опубликован как информационный RFC 2083 в марте 1997 года и как стандарт ISO/IEC 15948 в 2004 году. [1]
Мотивацией для создания формата PNG стало осознание того, что 28 декабря 1994 года алгоритм сжатия данных Лемпеля-Зива-Уэлча (LZW) , используемый в формате Graphics Interchange Format ( GIF), был запатентован Unisys . Патент требовал, чтобы все программное обеспечение, поддерживающее GIF, платило роялти, что вызвало шквал критики со стороны пользователей Usenet . Одним из них был Томас Бутелл, который 4 января 1995 года разместил предварительную ветку обсуждения в группе новостей Usenet «comp.graphics», в которой он разработал план бесплатной альтернативы GIF. Другие пользователи в этой теме выдвинули множество предложений, которые позже станут частью окончательного формата файла. Оливер Фромм, автор популярного средства просмотра JPEG QPEG, предложил имя PING, которое в конечном итоге стало PNG, рекурсивной аббревиатурой , означающей, что PING не является GIF , [9] а также расширением . Другие предложения, реализованные позже, включали алгоритм сжатия Deflate и поддержку 24-битного цвета , отсутствие последнего в GIF также побудило команду создать свой формат файлов. Группа стала известна как Группа разработчиков PNG, и по мере того, как дискуссия быстро расширялась, позже она использовала список рассылки, связанный с форумом CompuServe . [2] [10].png
Полная спецификация PNG была выпущена с одобрения W3C 1 октября 1996 г., а затем как RFC 2083 15 января 1997 г. Спецификация была пересмотрена 31 декабря 1998 г. как версия 1.1, в которой были решены технические проблемы гамма- и цветокоррекции . В версии 1.2, выпущенной 11 августа 1999 г., этот iTXtфрагмент был добавлен как единственное изменение спецификации, а переформатированная версия 1.2 была выпущена как второе издание стандарта W3C 10 ноября 2003 г. [11] и как международный стандарт (ISO/ IEC 15948:2004) от 3 марта 2004 г. [12] [1]
Хотя GIF допускает анимацию , было решено, что PNG должен быть форматом одного изображения. [13] В 2001 году разработчики PNG опубликовали формат сетевой графики с несколькими изображениями (MNG) с поддержкой анимации. MNG добилась умеренной поддержки приложений, но недостаточной среди основных веб-браузеров и не используется дизайнерами или издателями веб-сайтов. В 2008 году некоторые разработчики Mozilla опубликовали формат Animated Portable Network Graphics (APNG) с аналогичными целями. APNG — это формат, который изначально поддерживается веб-браузерами на базе Gecko и Presto , а также широко используется для миниатюр в портативной системе Sony PlayStation Portable (с использованием обычного расширения файла PNG). В 2017 году браузеры на базе Chromium стали поддерживать APNG. В январе 2020 года Microsoft Edge стал основан на Chromium , унаследовав таким образом поддержку APNG. Благодаря этому все основные браузеры теперь поддерживают APNG.
Исходная спецификация PNG была создана специальной группой экспертов и энтузиастов компьютерной графики . Обсуждения и решения по формату проводились по электронной почте. Первоначальными авторами, указанными в RFC 2083, являются: [14]
просмотр с помощью приложения шестнадцатеричного редактора для UbuntuФайл PNG начинается с 8- байтовой подписи [15] (см. изображение шестнадцатеричного редактора справа):
После заголовка следует ряд фрагментов , [16] каждый из которых передает определенную информацию об изображении. Чанки объявляют себя критическими или вспомогательными , и программа, обнаружившая вспомогательный чанк, который она не понимает, может безопасно его игнорировать. Эта структура уровня хранения на основе фрагментов, аналогичная по концепции контейнерному формату или IFF от Amiga , предназначена для расширения формата PNG, сохраняя при этом совместимость со старыми версиями — она обеспечивает прямую совместимость и ту же самую файловую структуру ( с разными сигнатурами и фрагментами) используется в связанных форматах MNG , JNG и APNG .
Чанк состоит из четырех частей: длина (4 байта, [17] big-endian ), тип/имя фрагмента (4 байта [18] ), данные фрагмента (байты длины) и CRC (циклический избыточный код/контрольная сумма; 4 байта ). 17] ). CRC — это CRC-32 сетевого порядка байтов, вычисляемый по типу фрагмента и данным фрагмента, но не по длине.
Типам фрагментов присваивается четырехбуквенный тип/имя ASCII с учетом регистра; сравните FourCC . Регистр разных букв в имени (бит 5 числового значения символа) представляет собой битовое поле , которое предоставляет декодеру некоторую информацию о природе фрагментов, которые он не распознает.
Регистр первой буквы указывает, является ли чанк критическим или нет. Если первая буква заглавная, чанк является критическим; если нет, то фрагмент является вспомогательным. Критические фрагменты содержат информацию, необходимую для чтения файла. Если декодер обнаруживает критический фрагмент, который он не распознает, он должен прервать чтение файла или предоставить пользователю соответствующее предупреждение.
Случай второй буквы указывает, является ли чанк «общедоступным» (либо в спецификации, либо в реестре общедоступных фрагментов специального назначения) или «частным» (не стандартизированным). Прописные буквы являются общедоступными, а строчные — частными. Это гарантирует, что имена общедоступных и частных фрагментов никогда не будут конфликтовать друг с другом (хотя два частных имени фрагмента могут конфликтовать).
Третья буква должна быть прописной, чтобы соответствовать спецификации PNG. Он зарезервирован для будущего расширения. Декодеры должны обрабатывать фрагмент с третьей строчной буквой так же, как и любой другой нераспознанный фрагмент.
Регистр четвертой буквы указывает, можно ли копировать чанк редакторами, которые его не распознают. Если указан нижний регистр, фрагмент можно безопасно скопировать независимо от степени изменений файла. Если он записан в верхнем регистре, его можно скопировать только в том случае, если изменения не затронули критические фрагменты.
Декодер должен иметь возможность интерпретировать критические фрагменты для чтения и визуализации файла PNG.
IHDRдолжен быть первым куском; он содержит (в этом порядке) изображенияКак заявили в Консорциуме Всемирной паутины , разрядность определяется как «количество бит на образец или на индекс палитры (не на пиксель)». [11]
PLTEсодержит палитру : список цветов.IDATсодержит изображение, которое можно разделить на несколько фрагментов IDAT. Такое разделение немного увеличивает размер файла, но позволяет генерировать PNG в потоковом режиме. Блок IDAT содержит фактические данные изображения, которые являются выходным потоком алгоритма сжатия. [19]IENDотмечает конец изображения; поле данных блока IEND имеет 0 байт/пусто. [20]Этот PLTEфрагмент необходим для цветового типа 3 (индексированный цвет). Он не является обязательным для типов цвета два и шесть (истинный цвет и истинный цвет с альфа-каналом) и не должен появляться для типов цвета 0 и 4 (оттенки серого и оттенки серого с альфа-каналом).
Другие атрибуты изображения, которые можно хранить в файлах PNG, включают значения гаммы , цвет фона и текстовую информацию метаданных . PNG также поддерживает управление цветом за счет включения цветовых профилей ICC . [21]
bKGDдает цвет фона по умолчанию. Он предназначен для использования, когда нет лучшего выбора, например, в автономных программах просмотра изображений (но не в веб-браузерах; более подробную информацию см. Ниже).cHRMдает координаты цветности основных цветов дисплея и точки белого .dSIGпредназначен для хранения цифровых подписей. [22]eXIfхранит метаданные Exif . [23]gAMAопределяет гамму . Кусок gAMA содержит всего 4 байта, и его значение представляет собой значение гаммы, умноженное на 100 000; например, значение гаммы 1/3,4 рассчитывается как 29411,7647059 ((1/3,4)*(100 000)) и преобразуется в целое число (29412) для хранения. [24]hISTможет хранить гистограмму или общее количество каждого цвета в изображении.iCCPпредставляет собой цветовой профиль ICC .iTXtсодержит ключевое слово и текст UTF-8 с кодировками для возможного сжатия и переводами, отмеченными языковым тегом . Расширяемая платформа метаданных (XMP) использует этот фрагмент с ключевым словом «XML:com.adobe.xmp».pHYsсохраняет предполагаемый размер пикселя (или соотношение сторон пикселя); pHY содержит «Пикселей на единицу, ось X» (4 байта), «Пикселей на единицу, ось Y» (4 байта) и «Спецификатор единицы измерения» (1 байт), всего 9 байтов. [25]sBIT(значащие биты) указывают точность цветопередачи исходных данных; этот фрагмент содержит от 1 до 5 байт, в зависимости от типа цвета. [26] [27] [28]sPLTпредлагает палитру, которую можно использовать, если полный диапазон цветов недоступен.sRGBуказывает на то, что используется стандартное цветовое пространство sRGB ; фрагмент sRGB содержит только 1 байт, который используется для «намерения рендеринга» (для намерения рендеринга определены 4 значения — 0, 1, 2 и 3). [29]sTERБлок индикатора стереоизображения для стереоскопических изображений. [30]tEXtможет хранить текст, который может быть представлен в ISO/IEC 8859-1 , с одной парой ключ-значение для каждого фрагмента. «Ключ» должен иметь длину от одного до 79 символов. Разделитель — нулевой символ. «Значение» может иметь любую длину, от нуля до максимально допустимого размера фрагмента за вычетом длины ключевого слова и разделителя. Ни «ключ», ни «значение» не могут содержать нулевой символ. Ведущие или конечные пробелы также запрещены.tIMEхранит время последнего изменения изображения.tRNSсодержит информацию о прозрачности. Для индексированных изображений он сохраняет значения альфа-канала для одной или нескольких записей палитры. Для полноцветных изображений и изображений в оттенках серого он сохраняет значение одного пикселя, которое следует считать полностью прозрачным.zTXtсодержит сжатый текст (и маркер метода сжатия) с теми же ограничениями, что и tEXt.Первая строчная буква в этих фрагментах указывает на то, что они не нужны для спецификации PNG. Последняя строчная буква в некоторых фрагментах указывает на то, что их можно безопасно копировать, даже если соответствующее приложение их не понимает.
Пиксели в изображениях PNG — это числа, которые могут быть либо индексами образцов данных в палитре , либо самими данными образца. Палитра представляет собой отдельную таблицу, содержащуюся в чане PLTE. Выборочные данные для одного пикселя состоят из кортежа, содержащего от одного до четырех чисел. Независимо от того, представляют ли пиксельные данные индексы палитры или явные значения выборки, числа называются каналами , и каждое число в изображении кодируется в одинаковом формате.
Разрешенные форматы кодируют каждое число как целое число без знака, используя фиксированное количество бит, называемое в спецификации PNG битовой глубиной . Обратите внимание, что это не то же самое, что глубина цвета , которая обычно используется для обозначения общего количества бит в каждом пикселе, а не в каждом канале. Разрешенная разрядность сведена в таблице вместе с общим количеством бит, используемых для каждого пикселя.
Количество каналов зависит от того, является ли изображение полутоновым или цветным и имеет ли оно альфа-канал . PNG допускает следующие комбинации каналов, называемые типом цвета .
Тип цвета указывается как 8-битное значение, однако используются только три младших бита, и даже в этом случае разрешены только пять комбинаций, перечисленных выше. Пока тип цвета действителен, его можно рассматривать как битовое поле, как показано в соседней таблице:
При использовании индексированных цветных изображений палитра всегда сохраняет трихроматические цвета с глубиной 8 бит на канал (24 бита на запись палитры). Кроме того, может быть включен дополнительный список 8-битных альфа-значений для записей палитры; если они не включены или короче палитры, остальные элементы палитры считаются непрозрачными. В палитре не должно быть больше записей, чем позволяет разрядность изображения, но может быть и меньше (например, если изображение с 8-битными пикселями использует только 90 цветов, то ему не нужны записи палитры для всех 256 цветов). Палитра должна содержать записи для всех значений пикселей, присутствующих в изображении.
Стандарт позволяет индексированным цветам PNG иметь 1, 2, 4 или 8 бит на пиксель; Изображения в оттенках серого без альфа-канала могут иметь 1, 2, 4, 8 или 16 бит на пиксель. Все остальное использует разрядность на канал 8 или 16. Возможные комбинации приведены в таблице выше. Стандарт требует, чтобы декодеры могли читать все поддерживаемые цветовые форматы, но многие редакторы изображений могут создавать лишь небольшую их часть.
PNG предлагает множество вариантов прозрачности. Для полноцветных изображений и изображений в оттенках серого либо значение одного пикселя может быть объявлено как прозрачное, либо может быть добавлен альфа-канал (что позволяет использовать любой процент частичной прозрачности). Для изображений с палитрой к записям палитры можно добавить значения альфа. Количество таких сохраненных значений может быть меньше общего количества записей палитры, и в этом случае оставшиеся записи считаются полностью непрозрачными.
Предполагается, что сканирование значений пикселей на бинарную прозрачность должно выполняться перед любым уменьшением цвета, чтобы избежать непреднамеренной прозрачности пикселей. Скорее всего, это создаст проблему для систем, которые могут декодировать изображения с 16 битами на канал (как требуется для соответствия спецификации), но выводят только с 8 битами на канал (норма для всех систем, кроме самых высоких). .
Альфа- хранилище может быть «связанным» (« предварительно умноженным ») или «несвязанным», но PNG стандартизирован [31] на «несвязанном» («непредварительно умноженном») альфа-канале, что означает, что изображения не кодируются в альфа-канале ; излучения, представленные в RGB, не являются выбросами на уровне пикселей. Это означает, что операция over умножит излучение RGB на альфа и не сможет правильно представить излучение и окклюзию.
PNG использует двухэтапный процесс сжатия:
PNG использует DEFLATE , незапатентованный алгоритм сжатия данных без потерь , включающий комбинацию LZ77 и кодирования Хаффмана . Реализации DEFLATE с разрешительной лицензией , такие как zlib , широко доступны.
По сравнению с форматами со сжатием с потерями , такими как JPEG, выбор параметра сжатия выше среднего задерживает обработку, но часто не приводит к значительному уменьшению размера файла.
Перед применением DEFLATE данные преобразуются с помощью метода прогнозирования: для всего изображения используется один метод фильтра , а для каждой строки изображения выбирается тип фильтра для преобразования данных, чтобы сделать их более эффективно сжимаемыми. [32] Тип фильтра, используемый для строки развертки, добавляется к строке развертки, чтобы включить встроенную декомпрессию.
В текущей спецификации PNG существует только один метод фильтра (обозначенный как метод 0), и поэтому на практике единственным выбором является то, какой тип фильтра применять к каждой строке. В этом методе фильтр прогнозирует значение каждого пикселя на основе значений предыдущих соседних пикселей и вычитает прогнозируемый цвет пикселя из фактического значения, как в DPCM . Строка изображения, отфильтрованная таким способом, часто оказывается более сжимаемой, чем строка необработанного изображения, особенно если она похожа на строку выше, поскольку различия от прогноза обычно группируются вокруг 0, а не распределяются по всем возможным значениям изображения. Это особенно важно при связывании отдельных строк, поскольку DEFLATE не понимает, что изображение является 2D-объектом, а вместо этого просто видит данные изображения как поток байтов.
Существует пять типов фильтров для метода фильтрации 0; каждый тип прогнозирует значение каждого байта (данных изображения перед фильтрацией) на основе соответствующего байта пикселя слева ( A ), пикселя выше ( B ) и пикселя выше и слева ( C ) или некоторую их комбинацию и кодирует разницу между прогнозируемым значением и фактическим значением. Фильтры применяются к байтовым значениям, а не к пикселям; Значения пикселей могут составлять один или два байта или несколько значений на байт, но никогда не пересекают границы байтов. Типы фильтров: [33]
Фильтр Паэта основан на алгоритме Алана В. Паэта . [34] Сравните с версией DPCM , используемой в JPEG без потерь , и с дискретным вейвлет-преобразованием с использованием окон 1 × 2, 2 × 1 или (для предиктора Паэта) 2 × 2 и вейвлетов Хаара .
Сжатие дополнительно улучшается за счет адаптивного выбора типов фильтров построчно. Это улучшение и эвристический метод его реализации, обычно используемый программным обеспечением для записи PNG, были созданы Ли Дэниелом Крокером , который протестировал методы на многих изображениях во время создания формата; [35] Выбор фильтра является компонентом оптимизации размера файла, как описано ниже.
Если используется чересстрочная развертка, каждый этап чересстрочной развертки фильтруется отдельно, а это означает, что изображение может быть постепенно визуализировано по мере получения каждого этапа; однако чересстрочная развертка обычно делает сжатие менее эффективным.
PNG предлагает дополнительную двухмерную семипроходную схему чересстрочной развертки — алгоритм Adam7 . Это более сложная, чем одномерная четырехпроходная схема GIF, и позволяет видеть более четкое изображение с низким разрешением на ранних этапах передачи, особенно если используются алгоритмы интерполяции, такие как бикубическая интерполяция . [36]
Однако 7-проходная схема имеет тенденцию снижать сжимаемость данных больше, чем более простые схемы.
Сам PNG не поддерживает анимацию. MNG — это расширение PNG; он был разработан членами PNG Group. MNG разделяет базовую структуру и фрагменты PNG, но он значительно сложнее и имеет другую сигнатуру файла, что автоматически делает его несовместимым со стандартными декодерами PNG. Это означает, что большинство веб-браузеров и приложений либо никогда не поддерживали MNG, либо прекратили его поддержку.
Сложность MNG привела к предложению APNG разработчиками Mozilla Foundation. Он основан на PNG, поддерживает анимацию и проще, чем MNG. APNG предлагает возврат к отображению одного изображения для декодеров PNG, которые не поддерживают APNG. Сегодня формат APNG поддерживается всеми основными веб-браузерами. [37] APNG поддерживается в Firefox 3.0 и более поздних версиях, Pale Moon (все версии) и Safari 8.0 и более поздних версиях. [38] В Chromium 59.0 добавлена поддержка APNG, [39] [40] за ним последовал Google Chrome. Opera поддерживала APNG в версиях 10–12.1, но поддержка прекратилась в версии 15, когда она перешла на механизм рендеринга Blink ; поддержка была повторно добавлена в Opera 46 (унаследована от Chromium 59). [41] Microsoft Edge поддерживает APNG с версии 79.0, когда он перешел на движок на базе Chromium.
В апреле 2007 года группа PNG решила не использовать APNG. [42] Обсуждалось несколько альтернатив, включая ANG, aNIM/mPNG, «PNG в GIF» и его подмножество «RGBA в GIF». [43] Однако в настоящее время широкую поддержку имеет только APNG.
Отображается в виде шестнадцатеричных редакторов : слева значения байтов отображаются в шестнадцатеричном формате , а справа их эквивалентные символы из ISO-8859-1 с нераспознанными и управляющими символами, замененными точками. Кроме того, подпись PNG и отдельные фрагменты отмечены цветами. Обратите внимание, что их легко идентифицировать благодаря удобочитаемым именам типов (в этом примере PNG, IHDR, IDAT и IEND).
Причинами использования настоящего международного стандарта могут быть:
Изображения PNG менее широко поддерживаются старыми браузерами. В частности, IE6 имеет ограниченную поддержку PNG. [47]
Формат JPEG (Joint Photographic Experts Group) может создавать файлы меньшего размера, чем PNG, для фотографических (и фотоподобных) изображений, поскольку JPEG использует метод кодирования с потерями , специально разработанный для данных фотографических изображений, в которых обычно преобладают мягкие, низкоконтрастные изображения. переходы, а также количество шума или подобных нерегулярных структур. Использование PNG вместо высококачественного JPEG для таких изображений приведет к значительному увеличению размера файла с незначительным улучшением качества. Для сравнения, при хранении изображений, содержащих текст, штриховые рисунки или графику — изображений с резкими переходами и большими областями сплошного цвета — формат PNG может сжимать данные изображения больше, чем JPEG. Кроме того, PNG не имеет потерь, а JPEG создает визуальные артефакты вокруг высококонтрастных областей. (Подобные артефакты зависят от настроек, используемых при сжатии JPG; они могут быть весьма заметны при использовании настроек низкого качества [высокого сжатия].) Если изображение содержит как резкие переходы, так и фотографические части, необходимо сделать выбор между два эффекта. JPEG не поддерживает прозрачность.
Сжатие с потерями в формате JPEG также страдает от потерь при генерации , когда многократное декодирование и перекодирование изображения для его повторного сохранения каждый раз приводит к потере информации, ухудшая качество изображения. Поскольку формат PNG не имеет потерь, он подходит для хранения изображений, подлежащих редактированию. Хотя PNG достаточно эффективен при сжатии фотографических изображений, существуют форматы сжатия без потерь, разработанные специально для фотографических изображений, например, WebP без потерь и Adobe DNG (цифровой негатив). Однако эти форматы либо не получили широкой поддержки, либо являются проприетарными. Изображение можно сохранить без потерь и преобразовать в формат JPEG только для распространения, чтобы не было потерь при генерации.
Хотя спецификация PNG явно не включает стандарт для встраивания данных изображения Exif из таких источников, как цифровые камеры, предпочтительным методом встраивания данных EXIF в PNG является использование некритической вспомогательной метки фрагмента eXIf. [48]
Ранние веб-браузеры не поддерживали изображения PNG; JPEG и GIF были основными форматами изображений. JPEG обычно использовался при экспорте изображений, содержащих градиенты, для веб-страниц из-за ограниченной глубины цвета GIF. Однако сжатие JPEG приводит к небольшому размытию градиента. Формат PNG воспроизводит градиент максимально точно для заданной разрядности, сохраняя при этом небольшой размер файла. PNG стал оптимальным выбором для небольших изображений с градиентом, поскольку поддержка этого формата в веб-браузере улучшилась. Для отображения градиентов в современных браузерах вообще не нужны изображения, поскольку градиенты можно создавать с помощью CSS .
JPEG-LS — это формат изображений, разработанный Объединенной группой экспертов по фотографии , хотя он гораздо менее широко известен и поддерживается, чем другой формат JPEG с потерями, рассмотренный выше. Он напрямую сопоставим с PNG, [ необходимы пояснения ] и имеет стандартный набор тестовых изображений. [49] В Waterloo Repertoire ColorSet, стандартном наборе тестовых изображений (не связанном с набором тестов на соответствие JPEG-LS), JPEG-LS обычно работает лучше, чем PNG, на 10–15%, но на некоторых изображениях PNG работает значительно лучше. , порядка 50–75%. [50] Таким образом, если оба этих формата являются вариантами и размер файла является важным критерием, следует учитывать их оба, в зависимости от изображения.
Формат файла изображения тега (TIFF) — это формат, который включает в себя чрезвычайно широкий набор опций. Хотя это делает TIFF полезным в качестве общего формата для обмена между профессиональными приложениями для редактирования изображений, добавление его поддержки в приложения становится гораздо более сложной задачей, и поэтому он мало поддерживается в приложениях, не связанных с манипулированием изображениями (например, в веб-браузерах). Высокий уровень расширяемости также означает, что большинство приложений предоставляют только подмножество возможных функций, что потенциально создает путаницу для пользователей и проблемы совместимости.
Наиболее распространенным алгоритмом сжатия без потерь общего назначения, используемым в TIFF, является алгоритм Лемпеля-Зива-Уэлча (LZW). Этот метод сжатия, также используемый в GIF, был запатентован до 2003 года. TIFF также поддерживает алгоритм сжатия, используемый PNG (т.е. тег сжатия 0008 16 « Adobe -style») со средним использованием и поддержкой приложений. TIFF также предлагает специальные алгоритмы сжатия без потерь, такие как CCITT Group IV , которые могут сжимать двухуровневые изображения (например, факсы или черно-белый текст) лучше, чем алгоритм сжатия PNG.
PNG поддерживает только альфа без предварительного умножения [31] , тогда как TIFF также поддерживает «связанную» (предварительно умноженную) альфа.
Официальной эталонной реализацией формата PNG является библиотека программирования libpng . [51] Оно публикуется как свободное программное обеспечение на условиях разрешительной лицензии свободного программного обеспечения . Поэтому обычно она является важной системной библиотекой в бесплатных операционных системах.
Формат PNG широко поддерживается графическими программами, включая Adobe Photoshop , Photo-Paint и Paint Shop Pro от Corel , GIMP , GraphicConverter , Helicon Filter , ImageMagick , Inkscape , IrfanView , редактор пиксельных изображений, Paint.NET и Xara Photo & Графический дизайнер и многие другие (включая онлайн-платформы графического дизайна, такие как Canva ). Некоторые программы, входящие в состав популярных операционных систем , поддерживающих PNG, включают Microsoft Paint и Apple Photos / iPhoto и Preview , а GIMP также часто входит в состав популярных дистрибутивов Linux .
Adobe Fireworks (ранее Macromedia ) использует PNG в качестве собственного формата файлов, позволяя другим редакторам изображений и утилитам предварительного просмотра просматривать сведенное изображение. Однако Fireworks по умолчанию также хранит метаданные для слоев, анимации, векторных данных, текста и эффектов. Такие файлы не следует распространять напрямую. Вместо этого Fireworks может экспортировать изображение в формате оптимизированного PNG без дополнительных метаданных для использования на веб-страницах и т . д .
Поддержка PNG впервые появилась в 1997 году в Internet Explorer 4.0b1 (32-разрядная версия только для NT) и в Netscape 4.04. [52]
Несмотря на призывы Фонда свободного программного обеспечения [53] и Консорциума Всемирной паутины (W3C), [54] таких инструментов, как gif2png, [55] и таких кампаний, как «Сжечь все GIF-файлы», [56] внедрение PNG на веб-сайтах было довольно медленным из-за к поздней и ошибочной поддержке в Internet Explorer, особенно в отношении прозрачности. [57]
К PNG-совместимым браузерам относятся: Apple Safari , Google Chrome , Mozilla Firefox , Opera , Camino , Internet Explorer , Microsoft Edge и многие другие. Полное сравнение см. в разделе Сравнение веб-браузеров (поддержка форматов изображений) .
В частности, версии Internet Explorer (Windows) ниже 9.0 (выпущенные в 2011 г.) имели многочисленные проблемы, которые не позволяли правильно отображать изображения PNG. [58]
Значки PNG поддерживаются в большинстве дистрибутивов Linux, по крайней мере, с 1999 года, в средах рабочего стола, таких как GNOME . [70] В 2006 году поддержка Microsoft Windows для значков PNG была введена в Windows Vista . [71] Значки PNG также поддерживаются в AmigaOS 4 , AROS , macOS , iOS и MorphOS . Кроме того, Android широко использует PNG.
Размер файла PNG может значительно различаться в зависимости от того, как он закодирован и сжат; это обсуждается, и ряд советов дается в PNG: The Definitive Guide. [50]
По сравнению с файлами GIF , файл PNG с той же информацией (256 цветов, без вспомогательных фрагментов/метаданных), сжатый эффективным компрессором, обычно меньше изображения GIF. В зависимости от файла и компрессора размер PNG может варьироваться от несколько меньшего (10%) до значительно меньшего (50%) и несколько большего (5%), но редко бывает значительно больше [50] для больших изображений. Это объясняется производительностью DEFLATE PNG по сравнению с LZW GIF , а также тем, что добавленный уровень предварительного сжатия предсказательных фильтров PNG учитывает структуру двухмерного изображения для дальнейшего сжатия файлов; поскольку отфильтрованные данные кодируют различия между пикселями, они будут иметь тенденцию группироваться ближе к 0, а не распределяться по всем возможным значениям, и, таким образом, их будет легче сжимать с помощью DEFLATE. Однако некоторые версии Adobe Photoshop , CorelDRAW и MS Paint обеспечивают плохое сжатие PNG, создавая впечатление, что GIF более эффективен. [50]
Размер файлов PNG зависит от ряда факторов:
Таким образом, существует компромисс размера размера между высокой глубиной цвета, максимальным количеством метаданных (включая информацию о цветовом пространстве вместе с информацией, не влияющей на отображение), чересстрочной разверткой и скоростью сжатия, в результате чего получаются большие файлы с меньшей глубиной цвета, меньшим количеством или без вспомогательных фрагментов, без чересстрочной развертки и с настроенной, но требующей больших вычислений фильтрацией и сжатием. Для разных целей выбираются разные компромиссы: максимальный файл может быть лучшим для архивирования и редактирования, в то время как урезанный файл может быть лучшим для использования на веб-сайте, и аналогично быстрое, но плохое сжатие предпочтительнее при многократном редактировании и сохранении файла. файл, а медленное, но высокое сжатие предпочтительнее, когда файл стабилен: при архивировании или публикации. Чересстрочная развертка — это компромисс: она значительно ускоряет ранний рендеринг больших файлов (уменьшает задержку), но может увеличить размер файла (уменьшить пропускную способность) с небольшой выгодой, особенно для небольших файлов. [50]
Хотя PNG является форматом без потерь, кодировщики PNG могут предварительно обрабатывать данные изображения с потерями, чтобы улучшить сжатие PNG. Например, квантование полноцветного PNG до 256 цветов позволяет использовать индексированный тип цвета для вероятного уменьшения размера файла. [72]
Некоторые программы более эффективны, чем другие, при сохранении файлов PNG, это связано с реализацией сжатия PNG, используемого программой.
Многие графические программы (например, программное обеспечение Apple Preview ) сохраняют PNG-файлы с большим количеством метаданных и данных цветокоррекции, которые обычно не нужны для просмотра в Интернете . Неоптимизированные файлы PNG из Adobe Fireworks также печально известны этим, поскольку они содержат параметры, позволяющие редактировать изображение в поддерживаемых редакторах. Также CorelDRAW (по крайней мере версия 11) иногда создает PNG-файлы, которые невозможно открыть в Internet Explorer (версии 6–8).
Производительность Adobe Photoshop с файлами PNG в CS Suite улучшилась при использовании функции «Сохранить для Интернета» (которая также позволяет явно использовать PNG/8).
Adobe Fireworks по умолчанию сохраняет файлы PNG большего размера, чем многие программы. Это связано с механикой формата сохранения : изображения, создаваемые функцией сохранения Fireworks, включают в себя большие частные фрагменты, содержащие полную информацию о слоях и векторах. Это позволяет осуществлять дальнейшее редактирование без потерь. При сохранении с помощью параметра «Экспорт» PNG-файлы Fireworks конкурируют с файлами, созданными другими графическими редакторами, но их больше нельзя редактировать как что-либо иное, кроме как сглаженные растровые изображения. Fireworks не может сохранять векторно-редактируемые PNG-файлы с оптимизированным размером.
Другие известные примеры плохих компрессоров PNG включают в себя:
Плохое сжатие увеличивает размер PNG-файла, но не влияет на качество изображения или совместимость файла с другими программами.
Когда глубина цвета полноцветного изображения уменьшается до 8-битной палитры (как в GIF), результирующие данные изображения обычно становятся намного меньше. Таким образом, PNG с полноцветным изображением обычно больше, чем GIF с уменьшенным цветом, хотя PNG может хранить версию с уменьшенным цветом в виде файла с палитрой сопоставимого размера. И наоборот, некоторые инструменты при сохранении изображений в формате PNG автоматически сохраняют их как полноцветные, даже если исходные данные используют только 8-битный цвет, что приводит к ненужному раздуванию файла. [50] Оба фактора могут привести к неправильному представлению о том, что файлы PNG больше, чем эквивалентные файлы GIF.
Для оптимизации файлов PNG доступны различные инструменты; они делают это путем:
Простое сравнение их функций приведено ниже.
До того, как появился zopflipng, хорошим способом оптимизации PNG на практике было последовательное использование комбинации двух инструментов для оптимального сжатия: один, который оптимизирует фильтры (и удаляет вспомогательные фрагменты), и другой, который оптимизирует DEFLATE. Хотя pngout предлагает и то, и другое, за один запуск можно указать только один тип фильтра, поэтому его можно использовать с инструментом-оболочкой или в сочетании с pngcrush , [примечание 2] действуя как повторный дефлятор, например advdef.
Для удаления вспомогательных фрагментов большинство инструментов оптимизации PNG имеют возможность удалять все данные цветокоррекции из файлов PNG (гамма, баланс белого, цветовой профиль ICC, стандартный цветовой профиль RGB). Это часто приводит к значительно меньшему размеру файла. Например, следующие параметры командной строки позволяют добиться этого с помощью pngcrush:
pngcrush -rem gAMA -rem cHRM -rem iCCP -rem sRGB InputFile.png OutputFile.png
pngcrush, pngout и zopflipng предлагают варианты применения одного из типов фильтров 0–4 глобально (с использованием одного и того же типа фильтра для всех строк) или с помощью «псевдофильтра» (с номером 5), который для каждой строки выбирает один из фильтров. типы 0–4 с использованием адаптивного алгоритма. Zopflipng предлагает 3 различных адаптивных метода, включая поиск методом перебора, который пытается оптимизировать фильтрацию. [примечание 7]
pngout и zopflipng предоставляют возможность сохранить/повторно использовать [примечание 2] [примечание 8] набор построчных фильтров, присутствующий во входном изображении.
pngcrush и zopflipng позволяют опробовать различные стратегии фильтрации за один проход и выбрать лучшую. Бесплатная версия pngout для командной строки не предлагает этого, но коммерческая версия pngoutwin делает это. [примечание 9]
Zopfli и LZMA SDK предоставляют реализации DEFLATE , которые могут обеспечивать более высокие степени сжатия , чем эталонная реализация zlib , за счет производительности. AdvanceCOMP advpngи advdefможет использовать любую из этих библиотек для повторного сжатия файлов PNG. Кроме того, PNGOUT содержит собственную реализацию DEFLATE.
advpngне имеет возможности применять фильтры и всегда использует фильтр 0 глобально (оставляя данные изображения нефильтрованными); поэтому его не следует использовать там, где изображение значительно выигрывает от фильтрации. Напротив, advdefпакет из того же пакета не работает со структурой PNG и действует только как повторный дефлятор, сохраняя любые существующие настройки фильтра.
Поскольку значки, предназначенные для Windows Vista и более поздних версий, могут содержать фрагменты изображений PNG, к ним также можно применить оптимизацию. По крайней мере, один редактор иконок , Pixelformer, способен выполнять специальный проход оптимизации при сохранении файлов ICO , тем самым уменьшая их размеры. FileOptimizer (упомянутый выше) также может обрабатывать файлы ICO.
Значки для macOS также могут содержать фрагменты изображений PNG, но такого инструмента нет. [ нужна цитата ]
PNG сам по себе является строго форматом одного изображения.
(...) В будущем может быть определен формат нескольких изображений на основе PNG.
Такой формат будет считаться отдельным форматом файла.
Каждый фрагмент состоит из четырех частей: длина, тип фрагмента, данные фрагмента и 32-битная CRC. Длина представляет собой 32-битное целое число без знака, указывающее размер только поля данных фрагмента.
Тип фрагмента — это 32-битный код FourCC, например IHDR, IDAT или IEND.
