手机开发实战151——JPEG介绍2

文件结构

JFIF 文件格式直接使用JPEG标准为应用程序定义的许多标记，因此JFIF格式成了事实上JPEG文件交换格式标准。JPEG的每个标记都是由2个字节组成，其前一个字节是固定值0xFF。每个标记之前还可以添加数目不限的0xFF填充字节(fill
byte)。下面是其中的8个标记：

1.                  SOI　 0xD8　　　　　　　　　　　图像开始

2.                  APP0 0xE0　　　　　　　　　　　 JFIF应用数据块

3.                  APPn 0xE1 - 0xEF　　　其他的应用数据块(n,
1～15)

4.                  DQT　 0xDB　　　　　　　　　　　量化表

5.                  SOF0 0xC0　　　　　　　　　　　帧开始

6.                  DHT　 0xC4　　　　　　　　　　　霍夫曼(Huffman)表

7.                  SOS　 0xDA　　　　　　　　　　　扫描线开始

8.                  EOI　 0xD9　　　　　　　　　　　图像结束

JPEG定义的标记

Symbol (符号)	Code Assignment (标记代码)	Description (说明)
Start Of Frame markers, non-hierarchical Huffman coding
SOF0	0xFFC0	Baseline DCT
SOF1	0xFFC1	Extended sequential DCT
SOF2	0xFFC2	Progressive DCT
SOF3	0xFFC3	Spatial (sequential) lossless
Start Of Frame markers, hierarchical Huffman coding
SOF5	0xFFC5	Differential sequential DCT
SOF6	0xFFC6	Differential progressive DCT
SOF7	0xFFC7	Differential spatial lossless
Start Of Frame markers, non-hierarchical arithmetic coding
JPG	0xFFC8	Reserved for JPEG extensions
SOF9	0xFFC9	Extended sequential DCT
SOF10	0xFFCA	Progressive DCT
SOF11	0xFFCB	Spatial (sequential) Lossless
Start Of Frame markers, hierarchical arithmetic coding
SOF13	0xFFCD	Differential sequential DCT
SOF14	0xFFCE	Differential progressive DCT
SOF15	0xFFCF	Differential spatial Lossless
Huffman table specification
DHT	0xFFC4	Define Huffman table(s)
arithmetic coding conditioning specification
DAC	0xFFCC	Define arithmetic conditioning table
Restart interval termination
RSTm	0xFFD0～0xFFD7	Restart with modulo 8 counter m
Other marker
SOI	0xFFD8	Start of image
EOI	0xFFD9	End of image
SOS	0xFFDA	Start of scan
DQT	0xFFDB	Define quantization table(s)
DNL	0xFFDC	Define number of lines
DRI	0xFFDD	Define restart interval
DHP	0xFFDE	Define hierarchical progression
EXP	0xFFDF	Expand reference image(s)
APPn	0xFFE0～0xFFEF	Reserved for application use
JPGn	0xFFF0～0xFFFD	Reserved for JPEG extension
COM	0xFFFE	Comment
Reserved markers
TEM	0xFF01	For temporary use in arithmetic coding
RES	0xFF02～0xFFBF	Reserved

 

JPEG文件由下面的8个部分组成：

(1) 图像开始SOI(Start of Image)标记

(2) APP0标记(Marker)

① APP0长度(length)

②标识符(identifier)

③版本号(version)

④ X和Y的密度单位(units=0：无单位；units=1：点数/英寸；units=2：点数/厘米)

⑤ X方向像素密度(X density)

⑥ Y方向像素密度(Y density)

⑦缩略图水平像素数目(thumbnail horizontal pixels)

⑧缩略图垂直像素数目(thumbnail vertical pixels)

⑨缩略图RGB位图(thumbnail RGB bitmap)

(3) APPn标记(Markers)，其中n=1～15(任选)

① APPn长度(length)

②由于详细信息(application specific information)

(4) 一个或者多个量化表DQT(difine quantization table)

①量化表长度(quantization table length)

②量化表数目(quantization table number)

③量化表(quantization table)

(5) 帧图像开始SOF0(Start of Frame)

①帧开始长度(start of frame length)

②精度(precision)，每个颜色分量每个像素的位数(bits per pixel per color component)

③图像高度(image height)

④图像宽度(image width)

⑤颜色分量数(number of color components)

⑥对每个颜色分量(for each component)

o                                                        ID

o                                                        垂直方向的样本因子(vertical
sample factor)

o                                                        水平方向的样本因子(horizontal
sample factor)

o                                                        量化表号(quantization
table#)

(6) 一个或者多个霍夫曼表DHT(Difine Huffman Table)

①霍夫曼表的长度(Huffman table length)

②类型、AC或者DC(Type, AC or DC)

③索引(Index)

④位表(bits table)

⑤值表(value table)

(7) 扫描开始SOS(Start of Scan)

①扫描开始长度(start of scan length)

②颜色分量数(number of color components)

③每个颜色分量

o                                                        ID

o                                                        交流系数表号(AC table
#)

o                                                        直流系数表号(DC table
#)

④压缩图像数据(compressed image data)

(8) 图像结束EOI(End of Image)

JFIF格式中APP0域的详细结构

偏移	长度	内容	块的名称	说明
0	2 byte	0xFFD8	(Start of Image,SOI)	图像开始
2	2 byte	0xFFE0	APP0(JFIF application segment)	JFIF应用数据块
4	2 bytes		length of APP0 block	APP0块的长度
6	5 bytes		"JFIF"+"0"	识别APP0标记
11	1 byte		<Major version>	主要版本号(如版本1.02中的1)
12	1 byte		<Minor version>	次要版本号(如版本1.02中的02)
13	1 byte		<Units for the X and Y densities>	X和Y的密度单位 units=0：无单位 units=1：点数/英寸 units=2：点数/厘米
14	2 bytes		<Xdensity>	水平方向像素密度
16	2 bytes		<Ydensity>	垂直方向像素密度
18	1 byte		<Xthumbnail>	缩略图水平像素数目
19	1 byte		<Ythumbnail>	缩略图垂直像素数目
	3n		< Thumbnail RGB bitmap>	缩略RGB位图(n为缩略图的像素数)
			Optional JFIF extension APP0 marker segment(s)	任选的JFIF扩展APP0标记段
	……		……
	2 byte	0xFFD9	(EOI) end-of-file	图像文件结束标记

 

JPEG文件的格式是分为一个一个的段来存储的（但并不是全部都是段），段的多少和长度并不是一定的。只要包含了足够的信息，该JPEG文件就能够被打开，呈现给人们。

JPEG文件的每个段都一定包含两部分一个是段的标识，它由两个字节构成：第一个字节是十六进制0xFF，第二个字节对于不同的段，这个值是不同的。紧接着的两个字节存放的是这个段的长度（除了前面的两个字节0xFF和0xXX，X表示不确定。他们是不算到段的长度中的）。

注意：这个长度的表示方法是按照高位在前，低位在后的，与Intel的表示方法不同。比方说一个段的长度是0x12AB，那么它会按照0x12，0xAB的顺序存储。但是如果按照Intel的方式：高位在后，低位在前的方式会存储成0xAB，0x12，而这样的存储方法对于JPEG是不对的。这样的话如果一个程序不认识JPEG文件某个段，它就可以读取后两个字节，得到这个段的长度，并跳过忽略它。

下面是一个JPEG图片的信息片断：

SOI

        APP0    Length: 0x10

        DQT

                DQT [0]:

        8       6       5       8       12      20      26      31

        6       6       7       10      13      29      30      28

        7       7       8       12      20      29      35      60

        7       9       11      15      26      44      50      31

        9       11      19      28      34      56      52      0

        12      18      28      32      61      52      0       46

        25      32      39      57      52      0       60      0

        36      46      39      49      253     50      0       50

        Length: 0x43

        DQT

                DQT [1]:

        9       9       12      24      50      50      50      50

        9       11      13      33      50      50      50      50

        12      13      28      50      50      50      50      50

        24      33      50      50      50      50      50      50

        50      50      50      50      50      50      50      0

        50      50      50      50      50      50      0       50

        50      50      50      50      50      0       50      0

        50      50      50      50      253     50      0       50

        Length: 0x43

        SOF0

                Image Height: 173

                Image Width: 401

                Number of Frame(s): 3

                ****************

                Content ID: 1

                H Factor: 2

                V Factor: 2

                QT ID: 0

                ****************

                Content ID: 2

                H Factor: 1

                V Factor: 1

                QT ID: 1

                ****************

                Content ID: 3

                H Factor: 1

                V Factor: 1

                QT ID: 1

        Length: 0x11

        DHT

                Type: DC TABLE

                ID: 0

        Length: 0x1f

        DHT

                Type: AC TABLE

                ID: 0

        Length: 0xb5

        DHT

                Type: DC TABLE

                ID: 1

        Length: 0x1f

        DHT

                Type: AC TABLE

                ID: 1

        Length: 0xb5

        SOS     Length: 0xc     <-Will Not Process This Seg.

FATAL ERROR: File Structure Does NOT Support.

     为什么最后会出现一个错误的信息呢？这是因为，在SOS（Start Of Scan）段的后面，就是编码后的一行一行的图像信息。不再是段的结构了。在开始的SOI（Start
Of Image）不是一个段，它是文件的开始，它的值也是类似于0xFF，0xXX的结构（SOI的具体数值清自己察看相关书籍，本文章中将不作重点介绍），但是后面没有段的长度。在文件的最后，有一个EOI（End
Of Image）的标识，它的结构和SOI是类似的。它标志着文件的结束。

在这中间，包含了APP0段，DQT段，SOF0段，DHT段，SOS段。有的段的个数是不唯一的，比方说DQT段。我们现在重点地介绍各个段的作用。