使用Node.js解析PNG文件

写上篇博客前对Node的Stream的官方文档扫了一遍，之后还想继续使用Stream写些demo，就选择了写个小程序使用Node读取解析PNG图片（想的是如果可以方便地解析、生成PNG图片，那就可以很方便地生成验证码图片发给前端），结果就把自己坑了。。。PNG还是比较复杂的(以前 数字图像处理 的课中接触的主要就是bmp、tiff，要么就直接用OpenCV、GDAL直接读取各种格式的图片，还没有仔细看过PNG的具体格式)，由于时间关系我只解析了“非隔行扫描、非索引颜色、FilterMethod为0”的PNG图片-_-||
使用Node的fs.createReadStream()可以创建一个文件读取流，在这里我使用的是Paused模式（Paused模式和Flowing模式可以看上一篇的介绍），通过stream.read()方法可以比较精细地读取readable流中的数据：

this.path = path;
this.stream = fs.createReadStream(this.path);
//使用paused模式
this.stream.pause();
this.stream.once('readable', ()=>{
   //使用stream.read()消耗readable数据流
   // ......
});

关于PNG的格式，有很多博客都写得比较详细的，但是几乎所有的文章都略过了IDAT数据块中的data解压方法、滤波方法，当时还是在PNG官方文档中弄明白的。这里先给出文档链接：W3C - Portable Network Graphics (PNG) Specification (Second Edition)

PNG 全称是 Portable Network Graphics，即“便携式网络图形”，是一种无损压缩的位图图形格式。其设计目的是试图替代GIF和TIFF文件格式，同时增加一些GIF文件格式所不具备的特性。

PNG文件结构

一个完整的PNG数据都是以一个PNG signature开头和一系列数据块（chunk）组成，其中第一个chunk为IHDR，最后一个chunk为IEDN。

PNG结构:
signature
chunk (IHDR)
…
chunk
…
chunk (IEDN)

官方文档的描述是：This signature indicates that the remainder of the datastream contains a single PNG image, consisting of a series of chunks beginning with an IHDR chunk and ending with an IEND chunk.

PNG Signature

PNG signature 位于PNG文件的最开头，占8个字节，每个字节用十进制可以表示为 [137, 80, 78, 71, 13, 10, 26, 10] ，通过下面的函数可以验证signature的正确性：

checkSignature(){
     //PNG的Signature长度为8字节, 1Byte = 8bit
     let buffer = this.stream.read(8);
     let signature = [137, 80, 78, 71, 13, 10, 26, 10];
     for(let i=0; i<signature.length; i++){
         let v = buffer.readUInt8(i);
         if(v !== signature[i]) 
             throw new Error('It is not PNG file !');
     }
     return true;
 }

PNG Chunk

PNG定义了两种类型的数据块，一种是称为关键数据块(critical chunk)，这是标准的数据块，另一种叫做辅助数据块(ancillary chunks)，这是可选的数据块。关键数据块定义了4个标准数据块(IHDR, PLTE, IDAT, IEND)，每个PNG文件都必须包含它们（没有PLTE的话就默认为RGB色），PNG读写软件也都必须要支持这些数据块。虽然PNG文件规范没有要求PNG编译码器对可选数据块进行编码和译码，但规范提倡支持可选数据块。
下表就是PNG中数据块的类别，其中，关键数据块是前4个。

Chunk name	Multiple allowed	Ordering constraints
IHDR	No	Shall be first	文件头数据块
PLTE	No	Before first IDAT	调色板数据块
IDAT	Yes	Multiple IDAT chunks shall be consecutive	图像数据块
IEND	No	Shall be last	图像结束数据
cHRM	No	Before PLTE and IDAT	基色和白色点数据块
gAMA	No	Before PLTE and IDAT	图像γ数据块
iCCP	No	Before PLTE and IDAT. If the iCCP chunk is present, the sRGB chunk should not be present.	ICCP
sBIT	No	Before PLTE and IDAT	样本有效位数据块
sRGB	No	Before PLTE and IDAT. If the sRGB chunk is present, the iCCP chunk should not be present.	标准RPG颜色
bKGD	No	After PLTE; before IDAT	背景颜色数据块
hIST	No	After PLTE; before IDAT	图像直方图数据块
tRNS	No	After PLTE