原理

JPEG图像的存储压缩结构

参考链接：https://www.zhihu.com/question/22116845/answer/22998727
来源：知乎

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：

① 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。

② 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。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。

APP0段中主要存储的是图片的识别信息（字符串”JFIF\0”）、一些分辨率的信息以及缩略图的信息。在我的实际测试中，发现并不是所有的JPEG文件都有APP0段的，有的仅是有APP2之类的其他段，但是每个文件中肯定是包含APPX的段（X可以取得的值可以查阅相关文档）。

DQT段的内容是量化表的信息。众所周知，一个颜色可以分为RGB（红、绿、兰）三个分量，这三色光组成了我们可以见到的所有色彩。但是，在JPEG文件中，RGB色彩格式需要先转化为YUV的格式。Y分量代表了亮度信息，UV分量代表了色差信息。相比之下，人眼对于Y分量更为敏感。量化表的作用就是对于一些不需要的量进行去除，这也是JPEG有损压缩损失数据的关键。上面的输出可以看到两个量化表，一个给Y分量，另一个给UV分量。

SOF0段的内容是图像的大小信息，每个像素的位数信息，以及YUV每个分量分别得的采样信息（这部分如果读者想要进一步学习，请参考相应书籍和文档）。JPEG文件图像的编码是一个方块一个方块进行的，每块的大小为8x8大小（如果图像不是整数个方块的大小那么就对图像补齐为整数个大小）。简略地说采样信息，就是如何按组记录YUV的信息，即若干个Y方块，若干个U方块，若干个V方块经过量化的数据再次经过编码后组成一组记录，保存在SOS段结束后。

DHT段的内容是一个重头戏，如果没有它，JPEG压缩效率就不会那么高了。它内部定义的是一个Huffman表，不同的DHT段定义不同的Huffman表，有的是直流量的表，有的是交流量的表。

所以我从一张BMP图像中读取多组数据，例如图像高度，宽度，灰度等。将JPEG的段在代码中封装为类-class，类中定义数据组，然后从BMP图片中读取数据，不同的数据存在不同的类中的数据组中。

bmp文件

参考链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/260320604

BMP（全称Bitmap）是Windows操作系统中的标准图像文件格式，可以分成两类：设备相关位图（DDB）和设备无关位图（DIB），使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选 1bit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。在Windows系统平台上和Android手机上，直接使用系统默认的图片浏览器即可打开。

BMP文件总共由四个部分构成：

（1）BMP文件头(bmp file header)：提供文件的格式、大小等信息

（2）位图信息头(bitmap information)：提供图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索引等信息

（3）调色板(color palette)：可选，如使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应的颜色的映射表，在使用 256位彩色、16位彩色等情况下用到

（4）位图数据(bitmap data)：就是图像的像素数据

1、BMP文件头部分

固定占用14个字节，包括文件类型表示、文件大小、像素数据偏移等信息

2、位图信息头

固定占用40个字节，包含了图像的基本新，例如：像素的宽度、高度、色彩格式位数、是否有压缩（绝大部分情况下无压缩）等。

3、调色板信息

这一项是可选项，适用于索引方式伪彩色的图像数据。调色板其实是一张映射表，标识颜色索引号与其代表的颜色的对应关系。总共有256个索引，每个索引对应一个RGBA四字节的色彩值，而后续位图数据只需要保存每个像素点的索引，根据索引找到对应的RGBA数据值。根据索引列表大小，该部分信息总计占用 256*4=1024个字节。

4、位图数据

这部分存放的就是详细的每个像素的RGB或者RGBA数据。存放顺序从左到右、从下到上的顺序存放。这里有两点需要注意一下：

（1）像素RGB值存放时，先存放图像最下面一行数据，然后再存放下面倒数第二行数据，所以存放顺序是倒的，这个跟正常浏览顺序不一样。

（2）每一行像素数据需要保证4字节对齐，不对齐的需要补充空字节，这个是BMP文件格式本身要求的。对于RGBA 32位色彩格式来说没有任何问题，但是对于Gray或者RGB格式的数据，有时一行像素需要补充一些空字节。例如：对于宽高为 322*240 像素的RGB数据，正常计算一行像素数据需要 322 * 3= 966字节，但是966不是四字节对齐，所以在存储时，每行的像素数据要保存为 968字节，最后2个字节保留。

bmp读写操作代码

//
// Bmp file structure
//
#define XBMP_FILEHDR_LEN        14
typedef struct _tag_XBmpFileHeader
{uint16_t      bfType;uint32_t      bfSize;uint16_t      bfReserved1;uint16_t      bfReserved2;uint32_t      bfOffBits;
}XBMPFILE_HEADER, *LPXBMPFILE_HEADER;#define XBMP_INFOHDR_LEN        40
typedef struct _tag_XBMPINFO_HEADER
{uint32_t      biSize;int32_t        biWidth;int32_t        biHeight;uint16_t      biPlanes;uint16_t      biBitCount;uint32_t      biCompression;uint32_t      biSizeImage;int32_t        biXPelsPerMeter;int32_t        biYPelsPerMeter;uint32_t      biClrUsed;uint32_t      biClrImportant;
} XBMPINFO_HEADER, *LPXBMPINFO_HEADER;#define XBMP_RGBQUAD_LEN        4
typedef struct _tag_XBmp_RGBQUAD
{uint8_t        rgbBlue; uint8_t        rgbGreen;uint8_t        rgbRed;uint8_t        rgbReserved;
} XBMP_RGBQUAD, *LPXBMP_XBMP_RGBQUAD;int32_t XImage::LoadFromBmp(const char* bmp_file_path)
{if (bmp_file_path == nullptr){return XERR_INVALID_PARAM;}FILE* file_handler = fopen(bmp_file_path, "rb");if (file_handler == nullptr){XOS_ERROR(TAG_IMGENG, "<XImage.LoadFromBmp> fail to fopen(), file=%s", bmp_file_path);return XERR_FILE_OPEN;}//// 判断位图文件头结构BITMAPFILEHEADER//XBMPFILE_HEADER  sFileHdr = { 0 };uint8_t szBuffer[255] = { 0 };fread(szBuffer, 1, XBMP_FILEHDR_LEN, file_handler);sFileHdr.bfType = ((uint32_t)szBuffer[0] | (uint32_t)szBuffer[1] << 8);if (0x4D42 != sFileHdr.bfType){XOS_ERROR(TAG_IMGENG, "<XImage.LoadFromBmp> not BM flag, file=%s", bmp_file_path);fclose(file_handler);return XERR_UNSUPPORTED;}//// 读取位图信息头结构变量，读取位图信息头进内存， 存放在变量head中  //XBMPINFO_HEADER  sInfoHdr = { 0 };XBMP_RGBQUAD*  pColorTab = XNULL;memset(szBuffer, 0, 255);fread(szBuffer, 1, XBMP_INFOHDR_LEN, file_handler);sInfoHdr.biSize    = ((uint32_t)szBuffer[0]) | ((uint32_t)szBuffer[1] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[2] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[3] << 24);sInfoHdr.biWidth  = ((uint32_t)szBuffer[4]) | ((uint32_t)szBuffer[5] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[6] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[7] << 24);sInfoHdr.biHeight  = ((uint32_t)szBuffer[8]) | ((uint32_t)szBuffer[9] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[10] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[11] << 24);sInfoHdr.biPlanes  = ((uint32_t)szBuffer[12]) | ((uint32_t)szBuffer[13] << 8);sInfoHdr.biBitCount = ((uint32_t)szBuffer[14]) | ((uint32_t)szBuffer[15] << 8);sInfoHdr.biCompression  = ((uint32_t)szBuffer[16]) | ((uint32_t)szBuffer[17] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[18] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[19] << 24);sInfoHdr.biSizeImage  = ((uint32_t)szBuffer[20]) | ((uint32_t)szBuffer[21] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[22] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[23] << 24);sInfoHdr.biXPelsPerMeter= ((uint32_t)szBuffer[24]) | ((uint32_t)szBuffer[25] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[26] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[27] << 24);sInfoHdr.biYPelsPerMeter= ((uint32_t)szBuffer[28]) | ((uint32_t)szBuffer[29] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[30] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[31] << 24);sInfoHdr.biClrUsed    = ((uint32_t)szBuffer[32]) | ((uint32_t)szBuffer[33] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[34] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[35] << 24);sInfoHdr.biClrImportant  = ((uint32_t)szBuffer[36]) | ((uint32_t)szBuffer[37] << 8) | ((uint32_t)szBuffer[38] << 16) | ((uint32_t)szBuffer[39] << 24);////获取图像宽、高、每像素所占位数等信息 //int32_t bmp_width  = sInfoHdr.biWidth;int32_t bmp_height = sInfoHdr.biHeight;PXL_FORMAT bmp_pxl_format = PXL_FORMAT_NONE;if (8 == sInfoHdr.biBitCount){bmp_pxl_format = PXL_FORMAT_8BIT_GRAY;}else if (24 == sInfoHdr.biBitCount){bmp_pxl_format = PXL_FORMAT_24BIT_BGR;}else if (32 == sInfoHdr.biBitCount){bmp_pxl_format = PXL_FORMAT_32BIT_BGRA;}else{XOS_ERROR(TAG_IMGENG, "<XImage.LoadFromBmp> unknown pixel format, biBitCount=%d, file=%s",sInfoHdr.biBitCount, bmp_file_path);fclose(file_handler);return XERR_UNSUPPORTED;}if (8 == sInfoHdr.biBitCount)  // 灰度图像有颜色表，且颜色表表项为256色{XOS_ERROR(TAG_IMGENG, "<XImage.LoadFromBmp> not support color 8bit, file=%s", bmp_file_path);fclose(file_handler);return XERR_UNSUPPORTED;  // 目前不支持}// 分配内存空间Allocate(bmp_pxl_format, bmp_width, bmp_height);// 逐行读取像素数据, 注意: .bmp文件中像素数据时先存放最后一行,然后逐步到第一行, 是反向的uint8_t* pixel_line = (uint8_t*)(image_data_ + (height_ - 1) * line_bytes_);for (int32_t i = 0; i < height_; i++){fread(pixel_line, 1, line_bytes_, file_handler);pixel_line -= line_bytes_;}fclose(file_handler);return XOK;
}int32_t XImage::SaveToBmp(const char* save_bmp_file)
{FILE* file_handler = fopen(save_bmp_file, "wb");if (file_handler == nullptr){XOS_ERROR(TAG_IMGENG, "<XImage.SaveToBmp> fail to fopen(), file=%s", save_bmp_file);return XERR_FILE_OPEN;}// YUV图像数据直接保存原始数据if (pxl_format_ & PXL_FORMAT_TYPE_YUV){fwrite(image_data_, 1, image_bytes_, file_handler);fclose(file_handler);return XOK;}// 写入文件头信息int32_t  bit_count  = pixel_bytes_ * 8;uint16_t temp_16bit = 0x4D42;uint32_t temp_32bit = static_cast<uint32_t>(54 + line_bytes_ * height_);if (bit_count == 8)temp_32bit += XBMP_RGBQUAD_LEN * 256;else if (bit_count == 16)temp_32bit += 16;fwrite(&temp_16bit, 1, 2, file_handler);fwrite(&temp_32bit, 1, 4, file_handler);// 写入bitmap信息temp_16bit = 0;temp_32bit = 54;if (bit_count == 8)temp_32bit += XBMP_RGBQUAD_LEN * 256;else if (bit_count == 16)temp_32bit += 16;fwrite(&temp_16bit, 1, 2, file_handler);fwrite(&temp_16bit, 1, 2, file_handler);fwrite(&temp_32bit, 1, 4, file_handler);if (8 == bit_count){XBMPINFO_HEADER bi = { 0 };bi.biSize = 40;bi.biWidth = width_;bi.biHeight = height_;bi.biBitCount = (uint16_t)bit_count;bi.biPlanes = 1;fwrite(&bi, 1, XBMP_INFOHDR_LEN, file_handler);XBMP_RGBQUAD rgb[256];for (int i = 0; i < 256; i++){rgb[i].rgbBlue = (XBYTE)i;rgb[i].rgbGreen = (XBYTE)i;rgb[i].rgbRed = (XBYTE)i;rgb[i].rgbReserved = 0;}fwrite(rgb, 1, XBMP_RGBQUAD_LEN * 256, file_handler);}else{uint32_t    biSize = 40;int32_t      biWidth = width_;int32_t      biHeight = height_;uint16_t    biPlanes = 1;uint16_t    biBitCount = bit_count;uint32_t    biCompression = (bit_count == 16) ? 3 : 0;uint32_t    biSizeImage = 0;int32_t      biXPelsPerMeter = 0;int32_t      biYPelsPerMeter = 0;uint32_t    biClrUsed = 0;uint32_t    biClrImportant = 0;fwrite(&biSize, 1, 4, file_handler);fwrite(&biWidth, 1, 4, file_handler);fwrite(&biHeight, 1, 4, file_handler);fwrite(&biPlanes, 1, 2, file_handler);fwrite(&biBitCount, 1, 2, file_handler);fwrite(&biCompression, 1, 4, file_handler);fwrite(&biSizeImage, 1, 4, file_handler);fwrite(&biXPelsPerMeter, 1, 4, file_handler);fwrite(&biYPelsPerMeter, 1, 4, file_handler);fwrite(&biClrUsed, 1, 4, file_handler);fwrite(&biClrImportant, 1, 4, file_handler);if (bit_count == 16){uint32_t mask[16] = { 0 };mask[0] = 0xF800;mask[1] = 0x7E0;mask[2] = 0x1F;mask[3] = 0;fwrite(mask, 1, 16, file_handler);}}uint8_t* pixel_line = image_data_ + (height_ - 1) * line_bytes_;for (int32_t i = 0; i < height_; i++){fwrite(pixel_line, 1, line_bytes_, file_handler);pixel_line -= line_bytes_;}fclose(file_handler);return XOK;
}

bmp转jpg参考代码

https://www.jb51.net/article/69779.htm

jpg转bmp代码

jpeg转bmp实现c代码__寒潭雁影的博客-CSDN博客_c语言 jpeg转bmp

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