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PNG，即便携式网络图形，是一种支持无损数据压缩的栅格图形文件格式。PNG 被开发为图形交换格式 (GIF) 的改进且未获得专利的替代品，旨在在互联网上传输图像，不仅适用于专业品质的图形，还适用于照片和其他类型的数字图像。PNG 最显着的特点之一是它支持基于浏览器的应用程序中的透明度，使其成为 Web 设计和开发中的关键格式。

PNG 的诞生可以追溯到 1995 年，当时围绕 GIF 格式中使用的压缩技术存在专利问题。在 comp.graphics 新闻组中发出了创建新图形格式的呼吁，从而导致了 PNG 的开发。这种新格式的主要目标是改进和克服 GIF 的局限性。其目标包括支持超过 256 种颜色的图像、包含用于透明度的 alpha 通道、提供隔行扫描选项，并确保该格式无专利且适用于开源开发。

PNG 文件在图像保存质量方面表现出色，支持多种颜色深度，从 1 位黑白到 16 位每通道的红、绿和蓝 (RGB)。这种广泛的颜色支持使 PNG 适用于以小文件大小存储线条图、文本和标志性图形。此外，PNG 对 alpha 通道的支持允许不同程度的透明度，从而能够在数字图像中精确呈现阴影、发光和半透明对象等复杂效果。

PNG 的突出特点之一是其无损压缩算法，使用 DEFLATE 方法定义。该算法旨在减小文件大小，同时不牺牲任何图像质量。压缩的效率取决于被压缩的数据类型；对于具有大面积均匀颜色或重复图案的图像，它特别有效。尽管压缩是无损的，但需要注意的是，与 JPEG 等格式相比，PNG 并不总是能产生最小的可能文件大小，尤其是对于复杂的照片。

PNG 文件的结构基于块，其中每个块表示图像的某种数据或元数据。PNG 文件中有四种主要类型的块：IHDR（图像头），其中包含有关图像的基本信息；PLTE（调色板），其中列出了索引颜色图像中使用的所有颜色；IDAT（图像数据），其中包含使用 DEFLATE 算法压缩的实际图像数据；和 IEND（图像尾），它标记 PNG 文件的结尾。其他辅助块可以提供有关图像的更多详细信息，例如文本注释和伽马值。

PNG 还包含旨在改善图像在互联网上的显示和传输的几个功能。隔行扫描，特别是使用 Adam7 算法，允许图像渐进加载，这在通过较慢的互联网连接查看图像时特别有用。此技术首先显示整个图像的低质量版本，然后随着下载更多数据而逐渐提高质量。此功能不仅增强了用户体验，还为 Web 使用提供了实际优势。

与 GIF 相比，PNG 文件中的透明度处理方式更加复杂。GIF 支持简单的二进制透明度——像素要么完全透明，要么完全不透明——PNG 引入了 alpha 透明度的概念。这允许像素具有不同程度的透明度，从完全不透明到完全透明，从而实现图像和背景之间更平滑的混合和过渡。此功能对于需要在不同颜色和图案的背景上叠加图像的 Web 设计人员尤为重要。

尽管有许多优点，但 PNG 确实有一些限制。例如，在文件大小效率方面，它不是存储数字照片的最佳选择。虽然 PNG 的无损压缩确保不会损失质量，但与专门设计用于压缩照片的有损格式（如 JPEG）相比，它会导致文件大小更大。这使得 PNG 不太适合带宽或存储容量受限的应用程序。此外，PNG 本身不支持动画图像，而 GIF 和 WebP 等格式提供了此功能。

可以对 PNG 文件应用优化技术，以减小其文件大小以用于 Web，而不会影响图像质量。PNGCRUSH 和 OptiPNG 等工具采用各种策略，包括选择最有效的压缩参数并将颜色深度降低到最适合图像的级别。这些工具可以显着减小 PNG 文件的大小，使其更有效地用于 Web，其中加载时间和带宽使用是关键问题。

此外，在 PNG 文件中包含伽马校正信息可确保图像在不同设备上更一致地显示。伽马校正有助于根据显示设备的特性调整图像的亮度级别。此功能在 Web 图形中特别有价值，因为图像可以在具有不同显示属性的各种设备上查看。

PNG 的法律地位促进了其广泛接受和采用。PNG 没有专利，避免了与某些其他图像格式相关的法律复杂性和许可费用。这使其对开源项目和应用程序特别有吸引力，其中成本和法律自由是重要的考虑因素。该格式得到广泛软件的支持，包括 Web 浏览器、图像编辑程序和操作系统，促进了它集成到各种数字工作流中。

可访问性和兼容性也是 PNG 格式的关键优势。凭借其对从单色到真彩色（带有 alpha 透明度）颜色的支持，PNG 文件可用于各种应用程序，从简单的 Web 图形到高质量的印刷材料。它在不同平台和软件之间的互操作性确保了以 PNG 格式保存的图像可以轻松共享和查看，而无需担心兼容性问题。

技术进步和社区贡献不断增强 PNG 格式。APNG（动画便携式网络图形）等创新引入了对动画的支持，同时保持了与标准 PNG 查看器的向后兼容性。这种演变反映了该格式的适应性和活跃的社区为响应用户需求而扩展其功能所做的努力。此类发展确保了 PNG 在快速发展的数字环境中持续相关。

总之，PNG 图像格式已成为数字图像共享和存储中的主要格式，在质量保留和文件大小效率之间取得了平衡。它支持高色深、alpha 透明度和无损压缩的能力使其成为从 Web 设计到存档存储的广泛应用程序的通用选择。虽然它可能不是每种情况下的最佳选择，但它在质量、兼容性和法律自由方面的优势使其成为数字成像领域中宝贵的资产。