JPEG文件格式介绍

JPEG文件的存储格式有很多种，但最常用的是JFIF格式，即JPEG File Interchange Format。JPEG文件大体可以分为两个部分：

（1）标记码；由两个字节构成，其中，前一个字节是固定值0XFF代表了一个标记码的开始，后一个字节不同的值代表着不同的含义。需要提醒的是，连续的多个0XFF可以理解为一个0XFF，并表示一个标记码的开始。另外，标记码在文件中一般是以标记代码的形式出现的。例如，SOI的标记代码是0XFFD8，即，如果JPEG文件中出现了0XFFD8，则代表此处是一个SOI标记。

（2）压缩数据；一个完整的两字节标记码的后面，就是该标记码对应的压缩数据了，它记录了关于文件的若干信息。

一些典型的标记码，及其所代表的含义如下所示：

SOI，Start Of Image，图像开始，标记代码为固定值0XFFD8，用2字节表示；

APP0，Application 0, 应用程序保留标记0，标记代码为固定值0XFFE0，用2字节表示；该标记码之后包含了9个具体的字段：

（1）数据长度：2个字节，用来表示（1）--（9）的9个字段的总长度，即不包含标记代码但包含本字段；

（2）标示符：5个字节，固定值0X4A6494600，表示了字符串“JFIF0”；

（3）版本号：2个字节，一般为0X0102，表示JFIF的版本号为1.2；但也可能为其它数值，从而代表了其它版本号；

（4）X,Y方向的密度单位：1个字节，只有三个值可选，0：无单位；1：点数每英寸；2：点数每厘米；

（5）X方向像素密度：2个字节，取值范围未知；

（6）Y方向像素密度：2个字节，取值范围未知；

（7）缩略图水平像素数目：1个字节，取值范围未知；

（8）缩略图垂直像素数目：1个字节，取值范围未知；

（9）缩略图RGB位图：长度可能是3的倍数，保存了一个24位的RGB位图；如果没有缩略位图（这种情况更常见），则字段（7）（8）的取值均为0；

APPn, Application n, 应用程序保留标记n(n=1---15),标记代码为2个字节，取值为0XFFE1--0XFFFF；包含了两个字段：

（1）数据长度，2个字节，表示（1）（2）两个字段的总长度；即，不包含标记代码，但包含本字段；

（2）详细信息：数据长度-2个字节，内容不定；

DQT，Define Quantization Table, 定义量化表；标记代码为固定值0XFFDB；包含9个具体字段：

（1）数据长度：2个字节，表示（1）和多个（2）字段的总长度；即，不包含标记代码，但包含本字段；

（2）量化表：数据长度-2个字节，其中包括以下内容：

（a）精度及量化表ID，1个字节，高4位表示精度，只有两个可选值，0：8位；1:16位；低4位表示量化表ID，取值范围为0--3；

（b）表项，64*（精度取值+1）个字节，例如，8位精度的量化表，其表项长度为64*（0+1）=64字节；

本标记段中，（2）可以重复出现，表示多个量化表，但最多只能出现4次；

SOFO，Start Of Frame, 帧图像开始，标记代码为固定值0XFFC0；包含9个具体字段：

（1）数据长度：2个字节，（1）--（6）共6个字段的总长度；即，不包含标记代码，但包含本字段；

（2）精度：1个字节，代表每个数据样本的位数；通常是8位；

（3）图像高度：2个字节，表示以像素为单位的图像高度，如果不支持DNL就必须大于0；

（4）图像宽度：2个字节，表示以像素为单位的图像宽度，如果不支持DNL就必须大于0；

（5）颜色分量个数：1个字节，由于JPEG采用YCrCb颜色空间，这里恒定为3；

（6）颜色分量信息：颜色分量个数*3个字节，这里通常为9个字节；并依此表示如下一些信息：

（a）颜色分量ID： 1个字节；

（b）水平/垂直采样因子：1个字节，高4位代表水平采样因子，低4位代表垂直采样因子；

（c）量化表：1个字节，当前分量使用的量化表ID；

本标记段中，字段（6）应该重复出现3次，因为这里有3个颜色分量；

DHT，Define Huffman Table定义Huffman表，标记码为0XFFC4；包含2个字段：

（1）数据长度，2个字节，表示（1）--（2）的总长度，即，不包含标记代码，但包含本字段；

（2）Huffman表，数据长度-2个字节，包含以下字段：

（a）表ID和表类型，1个字节，高4位表示表的类型，取值只有两个；0：DC直流；1：AC交流；低4位，Huffman表ID；需要提醒的是，DC表和AC表分开进行编码；

（b）不同位数的码字数量，16个字节；

（c）编码内容，16个不同位数的码字数量之和（字节）；

本标记段中，字段（2）可以重复出现，一般需要重复4次。

DRI，Define Restart Interval，定义差分编码累计复位的间隔，标记码为固定值0XFFDD；

包含2个具体字段：

（1）数据长度：2个字节，取值为固定值0X0004，表示（1）（2）两个字段的总长度；即，不包含标记代码，但包含本字段；

（2）MCU块的单元中重新开始间隔：2个字节，如果取值为n，就代表每n个MCU块就有一个RSTn标记；第一个标记是RST0，第二个是RST1,RST7之后再从RST0开始重复；如果没有本标记段，或者间隔值为0，就表示不存在重开始间隔和标记RST；

SOS，Start Of Scan，扫描开始；标记码为0XFFDA，包含2个具体字段：

（1）数据长度：2个字节，表示（1）--（4）字段的总长度；

（2）颜色分量数目：1个字节，只有3个可选值，1：灰度图；3：YCrCb或YIQ；4：CMYK；

（3）颜色分量信息：包括以下字段，

（a）颜色分量ID：1个字节；

（b）直流/交流系数表ID，1个字节，高4位表示直流分量的Huffman表的ID；低4位表示交流分量的Huffman表的ID；

（4）压缩图像数据

（a）谱选择开始：1个字节，固定值0X00；

（b）谱选择结束：1个字节，固定值0X3F；

（c）谱选择：1个字节，固定值0X00；

本标记段中，（3）应该重复出现，有多少个颜色分量，就重复出现几次；本段结束之后，就是真正的图像信息了；图像信息直到遇到EOI标记就结束了；

EOI，End Of Image，图像结束；标记代码为0XFFD9；

另外，需要说明的是，在JPEG中0XFF具有标记的意思，所以在压缩数据流（真正的图像信息）中，如果出现了0XFF，就需要做特别处理了。方法是，如果在图像数据流中遇到0XFF，应该检测其紧接着的字符，如果是：

（1）0X00，表示0XFF是图像流的组成部分；需要进行译码；

（2）0XD9，表示与0XFF组成标记EOI，即，代表图像流的结束，同时，图像文件结束；

（3）0XD0--0XD7，组成RSTn标记，需要忽视整个RSTn标记，即不对当前0XFF和紧接着的0XDn两个字节进行译码，并按RST标记的规则调整译码变量；

（4）0XFF，忽略当前0XFF，对后一个0XFF进行判断；

（5）其它数值，忽然当前0XFF，并保留紧接着此数值用于译码；

需要说明的是，JPEG文件格式中，一个字（16位）的存储使用的是Motorola格式，而不是Intel格式。也就是说，一个字的高字节（高8位）在数据流的前面，低字节（低8位）在数据流的后面，与平时习惯的Intel格式有所不同。这种字节顺序问题的起因在于早期的硬件发展上。在8位CPU的时代，许多8位CPU都可以处理16位的数据，但它们显然是分两次进行处理的。这个时候就出现了先处理高位字节还是先处理低位字节的问题。以Intel为代表的厂家生产的CPU采用先低字节后高字节的方式；而以Motorola,IBM为代表的厂家生产的CPU则采用了先高字节后低字节的方式。Intel的字节顺序也称为little-endian，而Motorola的字节顺序就叫做big-endian。而JPEG/JFIF文件格式则采用了big-endian格式。下面的函数，实现了从intel格式到motolora格式的转换
USHORT Intel2Moto(USHORT val)
{
  BYTE highBits = BYTE(val / 256);
  BYTE lowBits = BYTE(val % 256);
  return lowBits * 256 + highBits;
}

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