一个 67 字节的 PNG 如何存储单个黑色像素

Theo Browne 解读 Evan Hahn 关于一个 67 字节 PNG 的文章。图像只有一个黑色像素，却能展示格式所需的结构，以及几乎没有图像数据时仍存在的开销。

这个例子有四部分：8 字节签名、25 字节图像头数据块、22 字节图像数据块和 12 字节结束数据块，总计 67 字节。

每个 PNG 都以相同的 8 字节签名开头。解码器可以先检查签名，再解析文件的其余部分；签名中包含 PNG 字母，有助于识别格式。

签名之后，文件由数据块组成。每个块包含长度、4 字节类型、数据和 4 字节 CRC 校验和；即使没有数据，块本身也要占 12 字节。

长度字段只描述数据部分的大小，而非整个块的大小。必需的数据块有规定顺序：图像头在图像数据之前，IEND 标志文件结束。

Browne 将逐步加载图像与基线 JPEG 和渐进式 JPEG 作比较。他后来纠正自己：PNG 也支持隔行扫描，可以先显示粗略图像，再逐渐补足细节。

IHDR 块包含 13 字节数据，记录宽、高、位深、颜色类型、压缩、滤镜和隔行扫描方法；长度、类型及校验和又增加 12 字节。

在这个例子中，宽和高都是 1。灰度颜色类型 0 和每个采样 1 位就足以表示黑色像素，无需真彩色所需的额外通道。

位深决定每个采样能表示多少种数值。表达能力更强的格式也能生成同样的黑色像素，但描述它可能需要更多数据。

Browne 解释索引颜色：调色板保存可用颜色，像素通过索引指向其中的条目。当图像只使用有限颜色时，这可以节省空间。

透明度需要额外的表示方式，例如 alpha 通道或其他受支持的透明信息。Browne 提到，浏览器视频工作流与静态图像格式对透明度的处理有所不同。

该例子的 PNG 压缩方法和滤镜方法都设为 0，也不使用隔行扫描。IHDR 校验和覆盖块类型与数据，可用于检测损坏。

IDAT 块保存压缩后的图像数据。压缩之前，像素按扫描线排列，每条扫描线前有一个字节标明所用滤镜。

单像素例子使用 0 号滤镜，即不做滤镜处理。Browne 纠正了此前过于简单的说法：[PNG 滤镜](https://www.w3.org/TR/PNG-Filters.html)可以利用相邻字节或前一条扫描线，为压缩准备数据。

黑色像素只需要 1 位，但扫描线要填充到完整字节。加上滤镜字节，这个例子的未压缩图像数据是两个零字节。

PNG 使用 zlib 封装基于 DEFLATE 的图像数据。压缩通常节省空间，但对于两个字节，头部与校验和的开销会让编码结果比输入更大。

10 字节的 zlib 数据包括头部、压缩块和 Adler-32 校验和；外围的 IDAT 块还有自己的 CRC，承担另一层完整性检查。

最后的 IEND 块没有数据字节，但仍需要长度、类型和 CRC 字段。这个固定的 12 字节结尾完成了该最小示例。

单像素图像并非唯一达到这一文件大小的图像。文章展示了一幅同样为 67 字节的 8×1 黑色图像，因为它利用了原本在像素字节中作为填充的位。

例子中，具有更多灰度等级的单像素图像也能保持 67 字节。由此可见，文件开销和压缩表现并不会直接按可见像素数量缩放。

Browne 回顾了签名、必需数据块和压缩数据。他用作者的数据块浏览工具查看较大的 PNG，展示其中的元数据和多个图像数据块。

他还介绍了一个通过程序生成单色 PNG 的例子。把格式理解为结构化字节，而不只是导出目标，有助于理解这类工具。

最后，Browne 提到，即使格式能表示很大的图像，解码器也会施加实际限制。他感谢 Hahn 的文章，并鼓励读者继续探索这个格式。