june01 png 的故事:隔行扫描算法
In Web开发 on 2017年06月21日 by view: 4,444
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前言

前文已经讲解过如何解析一张 png 图片,然而对于扫描算法里只是说明了逐行扫描的方式。其实 png 还支持一种隔行扫描技术,即 Adam7 隔行扫描算法。

优劣

使用隔行扫描有什么好处呢?如果大家有去仔细观察的话,会发现网络上有一些 png 图在加载时可以做到先显示出比较模糊的图片,然后逐渐越来越清晰,最后显示出完整的图片,类似如下效果:

Adam7效果

这就是隔行扫描能带来的效果。隔行扫描一共会进行 1 到 7 次扫描,每一次都是跳着部分像素点进行扫描的,先扫描到像素点可以先渲染,每多一次扫描,图片就会更清晰,到最后一次扫描时就会扫描完所有像素点,进而渲染出完整的图片。

当然,也因为要进行跳像素扫描,整张图片会存储更多额外数据而导致图片大小会稍微变大,具体增加了什么额外数据下文会进行讲解。

生成

要导出一张基于 Adam7 隔行扫描的 png 图片是非常简单,我们可以借助 Adobe 的神器——PhotoShop(以下简称 ps)。我们把一张普通的图片拖入到 ps 中,然后依次点选【文件】-【存储为 Web 所用的格式】,在弹出的框里选择存储为 PNG-24,然后勾选交错,最后点击存储即可。

这里的交错就是只将扫描算法设为 Adam7 隔行扫描,如果不勾选交错,则是普通逐行扫描的 png 图片。

原理

Adam7 隔行扫描算法的原理并不难,本质上是将一张 png 图片拆分成多张 png 小图,然后对这几张 png 小图进行普通的逐行扫描解析,最后将解析出来的像素数据按照一定的规则进行归位即可。

分析

在解压缩完图像数据后就要马上进行拆图。拆图并不难,就是将原本存储图像数据的 Buffer 数组拆分成多个 Buffer 数组而已。关键的问题是怎么拆,这时我们先祭上 wiki 上这张图:

原理

上面这张图就说明了每次扫描需要扫描到的像素,正常来说一张基于 Adam7 隔行扫描的 png 图片是要经历 7 次扫描的,不过有些比较小的图片的实际扫描次数不到 7 次,这是因为有些扫描因为没有实际像素点而落空的原因,所以下面的讲解还是以标准的 7 次扫描来讲解,本质上此算法的代码写出来后,是能兼容任何大小的 png 图片的,因为算法本身和图片大小无关。

7 次扫描,其实就回答了上面拆图的问题:要拆成 7 张小图。每张小图就包含了每次扫描时要归位的像素点。

以第一次扫描为例:第一次扫描的规则是从左上角(我们设定此坐标为 (0,0))开始,那么它扫描到的下一个点是同一行上一个点往右偏移 8 个像素,即 (8,0)。以此类推,再下一个点就是 (16,0)、(24,0)等。当当前行所有符合规则的点都扫描完时则跳到下一个扫描行的起点,即 (8,0),也就是说第一次扫描的扫描行也是以 8 个像素为偏移单位的。直到所有扫描行都已经扫描完成,我们就可以认为这次扫描已经结束,可以考虑进入第二次扫描。

我们以一张 10*10 大小的 png 图片来举例,下面每个数字代表一个像素点,数字的值代表这个点在第几次扫描时被扫描到:

按照规则,在第一次扫描时我们会扫描到 4 个像素点,我们把这 4 个像素点单独抽离出来合在一起,就是我们要拆的第一张小图:

也就是说,我们的第一张小图就是 2*2 大小的 png 图片。后面的小图大小以此类推,这样我们就能得知拆图的依据了。

拆图

上面有提到,拆图本质上就是把存放图片数据的 Buffer 数组进行切分,在 nodejs 里的 Buffer 对象有个很好用的方法——slice,它的用法和数组的同名方法一样。

直接用上面的例子,我们的第一张小图是 2*2 点 png 图片,在假设我们一个像素点所占的字节数是 3 个,那么我们要切出来的第一个 Buffer 子数组的长度就是 2*(2*3+1)。也许就有人好奇了,为什么是乘以 2*3+1 而不是直接乘以 2*3 呢?之前我们提到过,拆成小图后要对小图进行普通的逐行扫描解析,这样解析的话每一行的第一个字节实际存放的不是图像数据,而是过滤类型,因此每一行所占用的字节需要在 2*3 的基础上加 1。

像素归位

其他的小图拆分的方法是一样,在最后一次扫描完毕后,我们就会拿到 7 张小图。然后我们按照上面的规则对这些小图的像素进行归位,也就是填回去的意思。下面简单演示下归位的流程:

待到 7 张小图的像素全部都归位后,最后我们就能拿到一张完整的 png 图片了。

代码

整个流程的代码如下:

尾声

整个 Adam7 隔行扫描的流程大概就是这样:

流程

前面提到基于此种扫描方式的 png 图片往往会更大些,这是因为图片存储了一些额外数据导致的。这里的额外数据就是指过滤类型。原本的 png 大图拆成小图后,扫描行的数目就会蹭蹭蹭往上涨,每个扫描行的第一个字节都是用来存储过滤类型的,所以行数增加的越多,额外数据就会越多。至于在用 png 图片等时候要选用哪种扫描方式等图片,就要视具体场景而定了。如果对完整代码有兴趣的同学可以戳这里

参考资料:

原创文章转载请注明:

转载自AlloyTeam:http://www.alloyteam.com/2017/06/the-story-of-png-deinterlacing-algorithm/

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