JPEG文件格式简单分析.

1、摘要:这篇文章大体上介绍了 JPEG文件的结构信息以及它的压缩算法和编码方式。使读者能够对JPEG文件格式有大体上的了解。为读者进一步进行学习JPEG文件压缩做好准备关键字：十六进制，段格式，编码JPEG文件格式概述:图像和动画的存储方式是一个很重要的问题。幸好我们有了数据压缩,有了 JPEG等多种压缩存储图像的文件格式，我们今天才能够拿着小小的一个存储器，却存上许多张色彩鲜艳的图片。如果没有图像压缩算法，也许我 们的多媒体时代就会晚到来许多年。JPEG图像存储格式一个比较成熟的图像有损压缩格式，虽然一个图片经过转化为JPEG图像后，一些数据会丢失，但是，人眼是很不容易分辨出来 这种差别的。也

2、就是说，JPEG图像存储格式既满足了人眼对色彩和分辨率的要求，又适当的去除了图像中很难被人眼所分辨出的色彩，在图像的清晰与大小中JPEG找到了一个很好的平衡点。虽然图像转化为JPEG格式会减小很多，但是并不是文件就变得简单了, 相反，JPEG文件的格式是比较复杂的。不经过认真地分析，是不容易弄懂它的。JPEG文件的存储方式: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OxFF,第二个字节对

3、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In tel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In tel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。JPEG图片的信息片断:本人曾经编写过一个读取JP EG文件

4、信息的程序，该程序能够读取 JPEG 文件中包含的段的信息并显示出来。下面是一个2860SOIAPP0Len gth: 0x1031DQTDQT 0:10121213202029292630353146505050505079111526445091119283456521218283261520253239575206036463949253500Len gth: 0x43DQTDQT 1:991224505050911133350505012132850505050243350505050505050505050505050505050505005050505050050500505050

5、505025350Len gth: 0x43SOFOImage Height: 173Image Width: 401Number of Frame(s): 3*Con te nt ID: 1H Factor: 2V Factor: 2QT ID: 0*Content ID: 2H Factor: 1V Factor: 1QT ID: 1*Content ID: 3H Factor: 1V Factor: 1QT ID: 1Len gth: 0x11DHTTyp e: DC TABLEID: 0Len gth: 0x1fDHTType: AC TABLEID: 0Len gth: 0xb5DH

6、TType: DC TABLEID: 1Len gth: 0x1fDHTType: AC TABLEID: 1Len gth: 0xb5SOSLen gth: 0xcv-Will Not P rocess This Seg.FATAL ERROR: File Structure Does NOT Support.你首先会想到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

7、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。JPEG文件中段的介绍:APP0段中主要存储的是图片的识别信息（字符串” JFIF）”）、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（

8、X可以取得的值可以查阅相关文档）。我个人估计， 这些APPX的段的信息应该是大同小异。这个的验证还有待本人进一步的学 习，目前只能说到这里。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。丫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 丫分量更为敏感。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, 其实，他们也可以共用一个量化表。一个给丫分量，另一个给UV分量。一个

9、量化的结果如下所示（摘自 JPEG压缩编码标准15-1-2-1-1-1我们可以看到, 的数据压缩的。量化后出现了大量的这种结果很有利于我们进行下一步0，至于为什么是8x8的大小，待会你就知道了。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，即若干个丫方块，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

10、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。什么是直流量，什么是交流量 呢？待会我再作介绍。最多的 Huffman表示几个呢？ YUV各一个，直流交 流各一个，因为YUV每个分量都有直流和交流，所以最多时， Huffman表 有3x2个，也就是可以有6个DHT段。该文件中有4个DHT表，您可以大 概猜出来是哪几个表么？ 丫的直流和交流各一个Huffman表，UV和起来直流和交流各一个Huffman表。这样说应该比较合

11、理吧。好了，现在我们应该弄明白什么是交流量，什么是直流量了。还举上面 那个有许多个0的8x8的表的例子说，所谓交流量，是经过量化后的块内部 除了左上角15那个值的其余值。实际上，块与块之间左上角那个值是用直 流Huffman表来单独编码的。不与块内部一同编码。虽然不同的编码，但是 要注意的事，不同的编码方式并不意味着它们是不在一起的，具体的存储编 码后的数据的时候，还是按照若干个丫方块，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来存储的。SOS段的内容是关于YUV每个分量的直流和交流各使用那个 Huffman表来编码的。四、JPEG文件十六进制代码解析我觉得，如果想要

12、的了解JPEG,对十六进制代码的观察是必不可少的。不要认为这样有多难，我会让你知道这是很简单的。目前我们只需要了解我们能够了解的东西就可以了。要记住，每个段的开始是0xFF, 0xXX,紧接着两个字节是长度信息。:*25Lb5s：-»料：*«sflq®.a"4匕5- q: ud虚(長d(K I: f :w£生”虫鱼Ti*mz :气 : ' _p匚匚tfn fc is:-OS -o Bss?盅二hi4«X*H«B0HdAhA«OEB*«Haa4LtjL亠Br4frAa 啊* 点"e*VH&

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16、#171;t上图被选定的段是APPO段。BUDIIIBneDBiB flaODhllODUI MOD? I oonmi tani»i Bana.ii ndAA 辆陌; meo咖 nUHDPB «aeoF« BMblBR saumflBDISICBDIrl CQinAI 4BniF< ttitnai eini4i «on>M> vanihB iseua «oeiii> euoie*«dlC>U'ReitEZB flait23i(M詁 OH «14 1R31 2*趴 DC1522K1111

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25、c .rdl八-“ iW八* * + * 才抽，丄i-i/DQT段。这里需要强调一点的是，包括量化表在内8x8的块的值是按照Z形来保存量化表8x8的数据的。而不是按照一行一行的保存的。这样做的好处是，能够让实际上相邻的像素点保存后也排列得比较近，便于压缩和编码。如下图所示:/ZZZ/ Z/ ZZZ/Z/ ZZZ*/（摘自JPEG压缩编码标准）:eosoi oaoaa OKI BtOM,Mo(r> 0M：0aofl7 aBM MOW O«Alk* fiflOOb eeodc6M 002M0»M»1« 011ei2 iioi3'Mn、Baei6

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