解析 PNG 文件头：pack() + 文件结构分析

M66 2025-05-28

在图像处理领域，PNG（Portable Network Graphics）是一种广泛使用的无损压缩图像格式。其文件结构有着明确的规范，包含多个“块”（Chunk），每个块都包含了特定的图像或元数据信息。理解这些结构不仅有助于开发自定义图像处理工具，也对于学习二进制数据操作与协议设计大有裨益。

本文将通过 PHP 的 pack() 和 unpack() 函数，手动解析 PNG 文件的头部，并分析其结构。PHP 尽管是一门以 Web 为主的语言，但在处理二进制数据方面也有不俗的能力。

一、PNG 文件结构概览

一个合法的 PNG 文件，开头必须是 8 个字节的固定签名：

89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A

接下来是一个或多个块（Chunk），每个块由以下部分组成：

长度（4字节） – 数据部分的长度
块类型（4字节） – 比如 IHDR、IDAT、IEND 等
块数据（可变）
CRC 校验（4字节）

二、使用 PHP 解析 PNG 文件头

以下示例代码将读取一个 PNG 文件的前若干字节，提取文件头和第一个块（通常是 IHDR）。

<?php
$filename = 'https://m66.net/sample.png';

// 读取文件的前 33 字节：8 字节签名 + 4+4+13+4（IHDR 块总长度）
$data = file_get_contents($filename, false, null, 0, 33);

if ($data === false || strlen($data) < 33) {
    die("无法读取 PNG 文件或文件过小。");
}

// 解析 PNG 签名
$signature = substr($data, 0, 8);
$expectedSignature = "\x89PNG\r\n\x1a\n";

if ($signature !== $expectedSignature) {
    die("这不是一个有效的 PNG 文件。");
}

echo "PNG 签名验证成功。\n";

// 解析第一个 Chunk（应为 IHDR）
$chunkData = substr($data, 8);

// 使用 unpack 提取字段
$unpacked = unpack("Nlength/A4type", substr($chunkData, 0, 8));
$length = $unpacked['length'];
$type = $unpacked['type'];

echo "第一个块类型: $type\n";
echo "数据长度: $length\n";

// 提取 IHDR 数据
$ihdrData = substr($chunkData, 8, 13);

$ihdr = unpack("Nwidth/Nheight/CbitDepth/CcolorType/Ccompression/Cfilter/Cinterlace", $ihdrData);

echo "宽度: {$ihdr['width']} px\n";
echo "高度: {$ihdr['height']} px\n";
echo "位深: {$ihdr['bitDepth']}\n";
echo "颜色类型: {$ihdr['colorType']}\n";
echo "压缩方法: {$ihdr['compression']}\n";
echo "滤镜方法: {$ihdr['filter']}\n";
echo "隔行扫描: {$ihdr['interlace']}\n";
?>

三、关键函数说明

unpack()

unpack() 用于将二进制数据解析为 PHP 数组。它使用格式字符串描述每个字段的类型和顺序。例如：

unpack("Nlength/A4type", $binary);

Nlength 表示读取一个大端无符号长整型（4字节），命名为 length
A4type 表示读取一个固定长度（4字节）的 ASCII 字符串，命名为 type

pack()

相反，pack() 可将变量打包为二进制格式。比如打包 PNG 文件头可以使用：

$signature = pack("C8", 0x89, 0x50, 0x4E, 0x47, 0x0D, 0x0A, 0x1A, 0x0A);

这在自定义生成 PNG 文件时非常有用。

四、进阶解析

若要继续解析后续的 PNG 块（如 IDAT、IEND 等），只需按如下逻辑循环读取每个块：

读取 8 字节：4 字节长度 + 4 字节类型
根据长度读取对应的数据字段
跳过 4 字节 CRC 校验
继续读取下一个块，直到遇到 IEND

这种解析方法也可以应用到更复杂的 PNG 特性，如透明度（tRNS）、调色板（PLTE）等块。

五、结语

通过使用 PHP 的 unpack() 和 pack() 函数，我们可以轻松地以低层级的方式解析 PNG 文件，理解其底层结构。这种技能对深入了解图像格式、编写定制图像处理工具或开发相关安全工具都是非常有用的。掌握这些技巧，也能让你在日常 PHP 开发中更加得心应手。

pack
unpack