如何将图片转换为二进制数据包并从中恢复图片（Python示例）

引言

在很多应用中，处理图像时可能需要将图片转换成二进制数据（比如存储、传输等），然后再从这些二进制数据中恢复图片。本文将演示如何使用 Python 完成这一任务，具体实现将包括两部分：将图片转换为二进制数据包以及从二进制数据恢复图片。比如笔者在最近工作中就遇到了相关问题。俗话说好记性不如烂笔头。于是写了一个处理二进制图像数据包的方法。

实现目标

1. 将图片读取并转换为二进制数据包。
2. 将二进制数据包转换回图片并保存。
3. 展示如何通过简单的调试打印前64个字节和后64个字节，检查数据包是否完整。

环境准备

首先，我们需要安装 Python 和 Pillow 库。如果尚未安装 Pillow，可以使用以下命令进行安装：

pip install pillow

步骤 1：读取转换为二进制数据包（这里为了方便展示直接解析自带PNG文件位二进制包）

我们可以通过 Pillow 库读取图片，然后将其保存到内存中的 BytesIO 对象中，最终提取出二进制数据。具体代码如下：

from PIL import Image
import io

def image_to_binary(image_path):
    with Image.open(image_path) as img:
        img_byte_arr = io.BytesIO()
        img.save(img_byte_arr, format='PNG')
        img_binary = img_byte_arr.getvalue()
    return img_binary

步骤 2：将二进制数据恢复为图片

将二进制数据包恢复为图片时，我们首先通过 BytesIO 将其加载到内存中，并使用 Pillow 打开图片。最后将其保存为文件。代码如下：

def binary_to_image(binary_data, output_path):
    try:
        img_byte_arr = io.BytesIO(binary_data)
        img = Image.open(img_byte_arr)
        img.verify()  # 验证图像完整性
        img = Image.open(img_byte_arr)  # 重新打开图像
        img.save(output_path)
        return img
    except Exception as e:
        print(f"恢复图片时出错: {e}")
        return None

步骤 3：打印前64个字节和后64个字节

为了调试和确认数据包是否正确，我们可以打印二进制数据的前64个字节和后64个字节。代码如下：

# 打印前64个字节和后64个字节
print(f"二进制数据包（前64个字节）：{binary_data[:64]}")
print(f"二进制数据包（后64个字节）：{binary_data[-64:]}")

完整代码示例

以下是完整的代码示例，包含了上述所有步骤：

from PIL import Image
import io

def image_to_binary(image_path):
    with Image.open(image_path) as img:
        img_byte_arr = io.BytesIO()
        img.save(img_byte_arr, format='PNG')
        img_binary = img_byte_arr.getvalue()
    return img_binary

def binary_to_image(binary_data, output_path):
    try:
        img_byte_arr = io.BytesIO(binary_data)
        img = Image.open(img_byte_arr)
        img.verify()  # 验证图像完整性
        img = Image.open(img_byte_arr)  # 重新打开图像
        img.save(output_path)
        return img
    except Exception as e:
        print(f"恢复图片时出错: {e}")
        return None

# 示例用法
image_path = "input_image.png"  # 替换为你的输入图片文件路径
output_path = "output_image.png"  # 替换为你想要保存输出图片的路径

# 将图片转换为二进制包
binary_data = image_to_binary(image_path)

# 打印二进制数据包的前64个字节和后64个字节
print(f"二进制数据包（前64个字节）：{binary_data[:64]}")
print(f"二进制数据包（后64个字节）：{binary_data[-64:]}")

# 将二进制包转换回图片
img = binary_to_image(binary_data, output_path)

# 检查是否成功恢复图片
if img:
    img.show()
    print(f"图片已从二进制数据恢复并保存到: {output_path}")
else:
    print("图片恢复失败")

在解析 PNG 文件的二进制包时，我们可以通过查看 PNG 文件的结构，理解文件的帧头（Header）和帧尾（Trailer）部分。PNG 是一种常见的图像格式，它具有明确的文件结构，包含帧头、数据块、以及帧尾。

1. 文件头（Header）：
   PNG 文件的开头是一个 8 字节的文件签名（89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A），表示这是一个 PNG 文件。

   \x89PNG\r\n\x1a\n
   

   IHDR 块：

   \x00\x00\x00\rIHDR
   

   IHDR 数据：（示例）

   \x00\x00\x0f\x00\x00\x00\t`\x08\x02\x00\x00\x00\xba}U
   
   

   这是 IHDR 数据块的实际数据。我们可以进一步解释它

宽度（4字节）：\x00\x00\x0f\x00（3840）

高度（4字节）：\x00\x00\x00\t（9）

位深度（1字节）：\x60（96）

颜色类型（1字节）：\x08（表示灰度图像）

压缩方法（1字节）：\x02（DEFLATE 压缩）

滤波方法（1字节）：\x00（过滤方法 0）

隔行扫描方法（1字节）：\x00（没有隔行扫描）

IHDR CRC 校验和：

\xba}U

1. 文件尾（Trailer）：

   PNG 文件的尾部是一个 IEND 数据块，用于标识 PNG 文件的结束。

   \x00\x00\x00\x00IEND\xaeB`\x82
   

   这部分数据是 PNG 文件的结尾标志 IEND 数据块。IEND 表示文件的结束。IEND 数据块的长度是 0，后面跟着 CRC 校验和。

总结 PNG 文件的结构

文件头：包含 PNG 文件的签名，固定为 \x89PNG\r\n\x1a\n。

IHDR 块：包含图像的基本信息，如宽度、高度、位深度、颜色类型等。

IDAT 块：包含压缩的图像数据。

IEND 块：标识 PNG 文件的结束。

扩展：提取更多的文件信息

1. 宽度和高度：通过解析 IHDR 块的数据，可以提取图像的宽度和高度。
2. 颜色类型：可以从 IHDR 数据中得知图像的颜色类型（例如灰度、RGB 等）。
3. 图像数据：IDAT 数据块包含压缩的图像数据，通常需要解压并解析该数据。

作者：小小菜鸟1125