歴史レッスン:.png ファイルとは? GIF を置き換えるために生まれた形式

.png ファイルとは?

.png ファイルは、Portable Network Graphics 形式の画像です。平易に言えば、ロスレス圧縮の画像(デコーダーはエンコーダーが保存したとおりのピクセルを復元します)で、GIF を襲った特許の重荷なしに初期の Web を行き来できるように作られました。公式の発音は 「ping」 です。再帰的なジョーク — 「PNG’s Not GIF」 — は、まじめな名前と並んで開発者の語り草になりました。

ディスク上の PNG は、短いシグネチャと、それに続くチャンクで構成されます。チャンクは、ヘッダー、パレット、圧縮ピクセル、テキストコメント、終端マーカーを運ぶ名前付きブロックです。この設計により、すべてのファイルがアニメーションであるかのように装うことなく、任意の機能で形式を拡張できます。日常的な検索「.png ファイルとは」は、たいていくっきりしたスクリーンショットや、柔らかな影のロゴ、写真の JPG の隣では「大きすぎる」ように見える図を眺めて、何か壊れているのではと思った人から出てきます。ほとんどの場合、壊れてはいません。形式が別の仕事をしているのです。PNG が応えた GIF の歴史については、歴史レッスン:.gif ファイルとは? をご覧ください。

なぜ PNG は JPG よりずっと大きいのですか?

ロスレスと非可逆の違いがすべてです。PNG は展開後にピクセル値を復元できます。JPEG(日常的な JPG の経路)は、連続階調の写真では目にほとんど見えない高周波の細部を捨てるため、旅行写真は JPG なら小さく、PNG ならしぶとく大きいままです。Windows のスクリーンショット、UI のモックアップ、スキャンした図表は、くっきりした境界とベタ塗りの色を持ち、ロスレスが勝ち、非可逆のリンギングが目立つ場面です。

透明度もバイト数を増やします。GIF は 1 つの透明なパレットインデックス — はっきりした「あり/なし」の穴 — を提供しました。PNG は アルファチャンネル、つまりピクセルごとの透明度サンプルを保存でき、柔らかな影やガラスの縁があらゆる背景の上にきれいに合成されます。その力こそ、デザイナーが PNG を愛した理由であり、半透明の書き出しが同じ幅と高さのベタの JPG より大きくなる理由です。

Unisys の LZW 問題と PNG 誕生の理由

GIF は、ロゴや単純なグラフィックスのための初期 Web の主力になっていました。その圧縮は LZW を使い、Unisys が鍵となる特許を保有していました。CompuServe との協議の末、1994 年 12 月下旬の発表で、GIF 対応ソフトウェアにロイヤリティが絡みうることが明らかになりました。Usenet は 1995 年 1 月初めに沸き返りました。このレッスンでは料金を作り上げません。文化的な事実で十分です — GIF は自由に実装できると信じていた作者たちが、突然ライセンスの問題に直面したのです。「Burn All GIFs」 のような抗議と、クリーンな代替を求める動きが続きました。前回の GIF のレッスンでは、CompuServe、GIF87a / GIF89a、特許の年表をより詳しく扱っています — PNG はその続編です。

Thomas Boutell は、のちに PNG となるものの最初のドラフト — 当時は PBF(Portable Bitmap Format)— を 1995 年 1 月 4 日にグラフィックスと圧縮のグループに投稿しました。およそ 1 週間で、ボランティアの輪は長く残るアイデアの大半を提案しました。圧縮前のデルタフィルタリング(Scott Elliott、Mark Adler ほか)、deflate 圧縮(Tom Lane、Info-ZIP コミュニティほか多数)、トゥルーカラーの深度、内部の CRC(Greg Roelofs)、そして PNG という名前そのもの(Oliver Fromme)です。Boutell は、合意が行き詰まったときには慈悲深い独裁者としてドラフトを導きました。Draft 9(1995 年 3 月 7 日)で形式は事実上凍結され、その後のドラフトはほとんど明確化にとどまりました。

バイトの仕組み:シグネチャ、チャンク、DEFLATE、フィルタリング、Adam7

すべての PNG は 8 バイトのシグネチャで始まり、拡張子が間違っていてもリーダーがファイルを認識できます。そのあとにチャンクの流れが続きます。チャンクは自己記述的なブロックで、長さ、4 文字の型名、データ本体、そして型とデータの破損を検出するチェックサムである CRC(cyclic redundancy check)からなります。すべてのデコーダーが理解しなければならない必須チャンクには、IHDR(画像ヘッダー:幅、高さ、ビット深度、カラータイプ、フラグ)、1 つ以上の IDAT(画像データ:圧縮されたピクセル)、IEND(画像終端)があります。任意のチャンクは、パレット、単純または完全な透明度、ガンマのヒント、テキスト、その他のメタデータを運べ、未知の補助型を読み飛ばす古いリーダーを壊しません。

ピクセルは生のまま IDAT に入るわけではありません。まずフィルタリングがあります。各走査線は隣接バイトとの差として書き換えられ、繰り返しパターンがよく圧縮されるようになります — 元に戻せる前処理であり、2 つ目の画像形式ではありません。そのあと、フィルタ済みのバイトは zlib 形式を介して DEFLATE(gzip / ZIP でも使われる LZ77 とハフマン符号の組み合わせ)で圧縮されます。Jean-loup Gailly と Mark Adler がこの時期に zlib を形作り、Guy Eric Schalnat がアプリケーションがデコーダーを作り直さずに済むよう、初期の libpng の作業を主導しました。仕様とライブラリは 1995 年を通じて一緒に成熟しました。

インターレースは任意です。方式 0 は、通常どおり行を上から下へ格納します。方式 1 は Adam M. Costello による Adam7 で、8×8 のパターンに対する 7 回のパスにより、ダウンロードが終わる前におおまかなプレビューが現れます — ダイヤルアップのブラウザが必要としていた段階的表示の習慣です。デコーダーは、最終画像しか表示しない場合でも、インターレースされたファイルを読めなければなりません。

W3C Recommendation、RFC 2083、ISO/IEC 15948

標準化は実装のあとに続きました。World Wide Web Consortium(W3C)は、1996 年 10 月 1 日に PNG 1.0 を Recommendation として公開しました — 安定した、レビュー済みの Web グラフィックスの参照文書です。同じ世代の文書は IETF を通じて RFC 2083(PNG Specification Version 1.0、Informational)としても登場しました。IANA はメディアタイプ image/png を登録しました。のちに ISO/IEC 15948 が PNG を国際的な機能仕様として公開し(広く引用される 2004 年版)、要旨には「pronounced ping」の注記が残っています。平易に言えば、Usenet での火事として始まったものが、正式な Web および ISO ファミリーの標準になったのです。

ブラウザの現実は、書類仕事に遅れをとりました。ネイティブの PNG は、1990 年代後半の Netscape と Microsoft Internet Explorer でまちまちに現れました。完全なアルファ合成は Windows の IE で何年も悩みの種でした。初期バージョンは PNG をうまく扱えないか、粗い 2 値の透明度しか扱えず、Web 開発者は Internet Explorer 7 がピクセル単位のアルファを改善するまで AlphaImageLoader の小細工を使いました。形式は準備できていたのに、主流のブラウザが遅れた — GIF のバナーやループが生き残った理由のひとつです。

GIF との比較でのアルファ透明度と、通常の PNG がアニメーションしない理由

GIF89a は、パレットインデックスの 1 つを透明としてマークできます。PNG はその単純な透明度に加え、より重要なことに、部分的な不透明度のための完全なアルファチャンネルを扱えます。柔らかな影、アンチエイリアスされたロゴ、未知の背景への重ね合わせが、日々の勝利です。だからこそ「PNG として保存」が UI の書き出しの反射的な選択になり、写真を PNG で保存し直してもサイズで JPG に勝つことはまれなのです。

アニメーションは意図的に先送りされました。基本の PNG は 1 枚の画像です。MNG(Multiple-image Network Graphics)は同じコミュニティで、複数画像 / アニメーション向けの兄弟として育ちました — 強力で複雑で、ブラウザの普遍的な既定にはなりませんでした。APNG(Animated PNG)はのちに PNG ストリームにアニメーションチャンクを追加し、古いデコーダーは静止の 1 フレームを表示し続け、新しいデコーダーはフレームを再生します。脇道の物語として扱ってください。2026 年にスクリーンショットのフォルダを埋める .png は、ほぼ常に静止画です。

2026 年になっても .png ファイルがディスクにある理由

2026 年でも、レガシーファイルの .png(そして新品のもの)は、シャープさと透明度が重要な場所に現れます。OS のスクリーンショット、アプリストアのアセット、プレゼンテーション、スキャンした図表、ゲームの UI パック、デザインの納品物、Web の「画像を保存」によるダウンロードなどです。カメラは写真には依然として JPEG や RAW を好み、編集者はピクセルをぼかしたくないときに PNG を選びます。この形式は GIF を置き換えるという賭けの静止画の半分にあまりに完全に勝ったため、人々はそれが Usenet の緊急委員会として始まったことを忘れています。

Legacy File Converter は、サポートされているファイルの種類で対応画像のひとつとして Portable Network Graphics / .png を挙げており、ユーザーの Windows PC 上でローカルに .png を JPG、PDF などの記載された形式に変換します — アップロードは一切行われません。この記事は歴史にとどまります — チャンクを手で書くためのハウツーではありません。隣り合う画像形式のレッスンについては、歴史レッスン:.gif ファイルとは?、歴史レッスン:.bmp ファイルとは?、歴史レッスン:.jfif ファイルとは? をご覧ください。