PNG 位扩展答案

【问题标题】：PNG Bit extensionPNG 位扩展
【发布时间】：2015-11-12 12:30:35
【问题描述】：

我正在编写 PNG 解码器，但我在处理位深

我不确定如何获得完整的颜色范围。

例如，假设图像使用 4 位深度，数据字节为：10110010 我有 2 个像素，1011 和 0010。现在，我将第二个像素向左移动 4 位以占据高位。这就是问题所在。我应该复制位以使 2 个像素成为 10111011 和 00100010，还是应该只扩展最后一位以使像素成为 10111111 和 00100000。我在 PNG 规范中找不到这方面的信息。

【问题讨论】：

标签： bitmap bit-manipulation png pixel

【解决方案1】：

为什么会出现在规范中？您正在转换输出值，规范不应该关心您如何处理输出数据。尽管如此，正如 Glenn Randers-Pehrson 所观察到的，official specification 包含相关建议。 Concepts: 4.3.6 Sample depth scaling 介绍基础知识。编码器和解码器的建议在12.5 Sample depth scaling 中讨论编码器（将外部数据缩放为支持的 PNG 格式），13.12 Sample depth rescaling 用于解码器（将 PNG 格式缩放为所需的输出格式）。

也就是说，假设您希望将 4 位值 1111 线性转换为 8 位值 1111.1111，那么公式为

output = 255 * input / 15

将公式应用到范围 0..15，你得到

 0: 0000 -> 00000000
 1: 0001 -> 00010001
 2: 0010 -> 00100010
 3: 0011 -> 00110011
 4: 0100 -> 01000100
 5: 0101 -> 01010101
 6: 0110 -> 01100110
 7: 0111 -> 01110111
 8: 1000 -> 10001000
 9: 1001 -> 10011001
10: 1010 -> 10101010
11: 1011 -> 10111011
12: 1100 -> 11001100
13: 1101 -> 11011101
14: 1110 -> 11101110
15: 1111 -> 11111111

如您所见，前四位总是在低位重复。这正是上面的公式所做的！

  255 * input / 15
= input * 255 / 15
= input * 17
= input + input * 16

我们最终得到了

output = (input<<4) + input

这可以扩展到上采样（和下采样）任何值到另一个基：

newvalue = (oldvalue * max_new) / max_old

max_new 通常对于位值是奇数，为了获得适当的舍入，您可以使用

newvalue = (2 * oldvalue * max_new + max_old) / (2*max_old)

【讨论】：

实际上在PNG规范中有建议（标题为“样本深度缩放”和“样本深度重新缩放”的部分）相当于您的答案。
@Glenn：谢谢！我想这是我已经“知道”的事情，所以不必看到它写出来。运行一些快速测试，我还发现报告的“左位复制通常给出与线性缩放相同的值，并且从不超过一个”，这很奇怪。我真的无法解释为什么会发生这种情况......