Portable Network Graphics

Hlavička souboru (nikoliv hlavička obrazu – ta bude popsána níže) neboli magické číslo v PNG má délku 8 bytů a je v každém souboru stejná. Hexadecimálně má podobu 89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A.

Každý chunk zprostředkovává jistou informaci o obrazu nebo metadatech. Chunky jsou sémanticky samostatné (přímo se nepojí s jinými částmi souboru). Chunky se rozdělují na „rozhodující“ (critical) a „pomocné“ (ancillary). Rozdělení na chunky dovoluje slučitelnost obrazů PNG se staršími verzemi, stejně jako rozšiřitelnost o případné nové.

Každý chunk se skládá ze čtyř částí: délky obsahu (4 bajty), typu/názvu (4 bajty), samotných dat a kontrolního součtu (4 bajty). Díky tomuto návrhu mohou dekodéry formátu přeskakovat pomocné chunky, aniž by je musely číst; kontrolní součet přispívá k detekci chyb při zpracování.

Typ je popsán čtyřmi znaky v ASCII (název chunku sestává vždy z písmen) s rozlišením velkých a malých písmen. Použití velkého nebo malého písmena (pátý bit v kódu ASCII) v sobě nese informaci o povaze chunku v případě jeho nerozeznatelnosti.

• První znak signalizuje, zda je chunk rozhodující: velké písmeno znamená rozhodující chunk, malé pak pomocný. Rozhodující chunk obsahuje informaci, která je nezbytná k načtení obrazu. Naopak jakýkoliv pomocný chunk, kterému dekodér nerozumí, může bezpečně ignorovat.
• Druhý znak informuje, zda je chunk „veřejný“ (jedná se o jednoúčelový chunk) nebo „privátní“ (není standardizován). Velké písmeno značí veřejný a malé privátní chunk. To zajistí, že veřejný a privátní znak chunku se nemohou nikdy vzájemně střetnout.
• Třetí znak musí podle specifikace PNG být velké písmeno. Je rezervovaný pro budoucí rozšíření. V případě malého písmene by měl dekodér jednat s tímto chukem jako s jakýmkoliv jiným neznámým.
• Čtvrtý znak signalizuje, jestli je chunk bezpečný ke kopírování pomocí editorů, které ho nerozeznají. Je-li čtvrtý znak malé písmeno, chunk může být bezpečně kopírován bez ohledu na rozsah modifikací souboru. Je-li čtvrtý znak velké písmeno, může být kopírován, jen pokud se modifikace nedotýkají žádných rozhodujících chunků.

• IHDR je hlavička obrazu (nikoliv hlavičku souboru – ta byla popsána výše). Obsahuje (v tomto pořadí) šířku obrazu v pixelech (4 bajty), výšku obrazu v pixelech (4 bajty), barevnou hloubku (1 bajt), typ kódování barev (1 bajt), metodu komprese (1 bajt), metodu filtrování (1 bajt) a metodu prokládání (1 bajt) – celkem tedy 13 datových bytů. Musí být prvním chunkem.[4]
  • Pro výšku a šířku je platných prvních 31 bitů, 32. bit je ignorován. Hodnota 0 je neplatná.
  • Barevná hloubka obsahuje počet bitů na „vzorek/složku“ (nikoli pixel). Možné hodnoty jsou 1, 2, 4, 8 a 16.
  • Typ kódování barev je složen ze tří bitů: bit 0 indikuje, zda je použita paleta; bit 1 říká, je-li obraz barevný; bit 2 indikuje přítomnost alfa kanálu.
  • Metoda komprese je v současné specifikaci jen jedna. Má hodnotu 0, což znamená kompresi LZW s 32KiB „plovoucím“ oknem.
  • Metoda filtrování určuje předzpracování obrazových dat (pixelů nebo surových bajtů) před kompresí. V současné specifikaci je jen jedna metoda, má hodnotu 0. V rámci ní existuje 5 typů filtrů: žádný, rozdíl vůči levému, rozdíl vůči hornímu, rozdíl vůči průměru levého a horního, Paethova funkce.
• PLTE obsahuje paletu – tabulku barev. Tento chunk je povinný, pokud typ kódování barev (určený v IHDR) je 3, a volitelný v případě typu kódování barev 2 nebo 6. Počet barev je mezi 1 a 256. Každá barva je uložená v RGB a zabírá 3 bajty – každý bajt v plném rozsahu (0 až 255) pro červenou, zelenou a modrou složku v tomto pořadí. V obrázku s paletou se jako pixely neukládají samotné barvy, ale právě indexy v paletě. Chunk PLTE, je-li definován, musí být uveden před prvním chunkem IDAT.
• IDAT obsahuje samotná obrazová data jakožto výstup komprese. Data mohou být rozdělena do více chunků tohoto typu, což mírně zvětšuje soubor, ale umožňuje streamování.
• IEND označuje konec souboru a musí být posledním chunkem. Neobsahuje datovou část, proto je v každém souboru PNG stejný.

• bKGD určuje výchozí barvu pozadí. Ta se má použít, pokud není jiná vhodnější volba, např. v prohlížečích obrázků (ale ne ve webových prohlížečích).
• cHRM nese informaci o chromatičnosti.
• eXIf obsahuje metadata ve formátu Exif.
• gAMA obsahuje gama korekci.
• hIST představuje histogram neboli celkový (nebo i proporcionální) počet výskytů každé barvy z PLTE v obrazu. Může usnadnit volbu barev na zařízení, které nedokáže zobrazit všechny požadované barvy.
• iCCP je barevný profil ICC.
• iTXt obsahuje text s podporou UTF-8, včetně anglického názvu, jazyka a názvu. Může být komprimovaný.
• pHYs určuje zamýšlenou fyzickou velikost pixelu a/nebo poměr horizontální a vertikální velikosti pixelu.
• sBIT vyjadřuje přesnost barev zdrojových dat.
• sPLT navrhuje paletu, pokud zařízení neumí zobrazit všechny barvy použité v obrazu.
• sRGB znamená, že je použitý barevný prostor sRGB.
• sTER je indikátor prostorového obrazu.
• tEXt obsahuje text ve znakové sadě ISO 8859-1, včetně názvu tohoto textu.
• tIME obsahuje datum a čas poslední úpravy obrazu.
• tRNS určuje průhlednost. U obrazů s paletou obsahuje hodnoty průhlednosti jedné nebo více barev z palety. U obrazů v pravých barvách a ve stupních šedi určuje jedinou barvu, která je zcela průhledná (ovšem u variant s alfa kanálem je tento chunk zakázaný).
• zTXt je podobný jako tEXt, ale text je komprimovaný.

Existuje několik pravidel pro pořadí chunků:[5]

• IHDR musí být první
• PLTE, pHYs a sPLT musí být před IDAT
• cHRM, gAMA, iCCP, sBIT a sRGB musí být před PLTE (je-li) a před IDAT
• bKGD, hIST a tRNS musí být po PLTE (je-li), ale před IDAT
• tIME, tEXt, zTXt, iTXt a eXIf nemají zvláštní pravidla (stačí dodržet pravidla ostatních chunků)
• IDAT musí být všechny těsně za sebou (pokud je víc než jeden)
• IEND musí být poslední

Chunky tEXt, iTXt a zTXt obsahují dvojice položka:hodnota pro textová metadata k obrázku. Předdefinovány jsou tyto položky:

• Title – krátký popisek nebo titulek k obrázku (na jednu řádku)
• Author – jméno tvůrce obrázku
• Description – popis obrázku (dlouhý)
• Copyright – poznámka o autorských právech
• Creation Time – čas vytvoření původního obrázku
• Software – software, který obrázek vytvořil
• Disclaimer – právní doložka
• Warning – varování o povaze obsahu
• Source – zařízení použité k vytvoření obrázku
• Comment – povšechný komentář (do kterého nespadají položky výše); převod z formátu GIF

Název výše uvedených, předdefinovaných položek se musí shodovat přesně (i co do velikosti písmen), jinak bude položka chápána jako uživatelsky definovaná. Název položky a její hodnota jsou v chunku odděleny znakem NUL (ASCII hodnota 0). Hodnotou může být cokoli (včetně potenciálně škodlivého kódu), ale prohlížeče a dekodéry by je měly interpretovat jako prostý text.

PNG používá bezeztrátovou kompresi se 2 základními kroky:

1. Filtrování – snaha objevit běžné vzory (např. barevné pruhy, gradienty) pro zvýšení účinnosti dalšího kroku
2. Komprese – využívá metodu DEFLATE (stejně jako komprimační knihovna zlib), tj. kombinaci slovníkového algoritmu LZ77 a Huffmanova kódování

Ukázka prokládání Adam7 na obrázku o rozměrech 16×16 pixelů

PNG nabízí volitelné prokládání pomocí dvourozměrného sedmiprůchodového algoritmu Adam7. Jedná se o pokročilejší prokládání než jednorozměrné čtyřprůchodové prokládání u formátu GIF – umožňuje lepší zobrazení obrázku v dřívější fázi přenosu souboru, obzvlášť při použití interpolace, např. bikubické interpolace.[6]

Sedmiprůchodový algoritmus však obvykle zhoršuje kompresní poměr víc než jednodušší algoritmy.

• GIF podporuje nejvýš 8bitovou barevnou paletu (maximálně 256 barev). PNG podporuje i 24 bitů na pixel (8 bitů na kanál) a 48 bitů na pixel (16 bitů na kanál), což umožňuje lepší podání barev, jemnější barevné přechody atd. S přidaným alfa kanálem je k dispozici až 64 bitů na pixel.
• PNG nabízí širší možnosti průhlednosti než GIF, včetně alfa kanálu.
• Ve většině případů PNG dosahuje lepšího kompresního poměru než GIF. Jen u některých malých obrázků to je naopak.
• GIF podporuje jednoduché animace. PNG sám o sobě nikoliv (podporují je odvozené, málo rozšířené formáty APNG a MNG, které byly za tím účelem vytvořeny).
• Při konverzi z PNG na GIF dochází ke ztrátě kvality v případě, že PNG obsahuje víc než 256 barev (takové snížení barevné hloubky se obvykle projeví zmenšením souboru, což může vést k mylnému závěru, že GIF má lepší kompresi).
• Prokládání v PNG umožňuje dřívější rozpoznání obsahu stahovaného obrázku než prokládání v GIF.
• Oba formáty jsou podporované širokou softwarovou základnou.

Porovnání JPEG a PNG: všimněte si roztřepených okrajů v JPEG oproti čistým okrajům PNG.

JPEG může vytvářet menší soubory než PNG pro fotografie a fotorealistické vizualizace, protože JPEG používá ztrátovou kompresi speciálně navrženou pro fotografii. PNG má ve stejné kvalitě až 5-10× větší soubory.

PNG je naopak lepší než JPEG pro obrázky obsahující text, čárovou grafiku, čisté barevné plochy a ostré rozhraní barev. JPEG nepodporuje průhlednost (indexové barvy, alfa kanál). Tam, kde se vyskytují jak fotografické, tak grafické prvky, je potřeba se rozhodnout mezi čistým zobrazováním bezeztrátového PNG, nebo malým souborem ztrátového JPEG.

JPEG je také špatným rozhodnutím pro archivování obrázků pro další zpracování a fotomontáž. To dělá PNG vhodnějším pro ukládání dočasných fotografií vyžadujících fotomontáž. Teprve finální fotografie určená k distribuci může být uložena jako JPEG se ztrátou detailů pouze pro jednu generaci.

PNG i JPEG umožňují ukládání metadat ve formátu Exif.