音视频入门-14-JPEG文件格式详解
JPEG 文件格式解析
JPEG 文件使用的数据存储方式有多种。最常用的格式称为 JPEG 文件交换格式(JPEG File Interchange Format,JFIF)。而 JPEG 文件大体上可以分成两个部分:标记码(Tag)和压缩数据。
标记码由两个字节构成,其前一个字节是固定值 0xFF
,后一个字节则根据不同意义有不同数值。在每个标记码之前还可以添加数目不限的无意义的 0xFF
填充,也就说连续的多个 0xFF
可以被理解为一个 0xFF
,并表示一个标记码的开始。而在一个完整的两字节的标记码后,就是该标记码对应的压缩数据流,记录了关于文件的诸种信息。
常用的标记有 SOI
、APP0
、APPn
、DQT
、SOF0
、DHT
、DRI
、SOS
、EOI
。
注意,SOI
等都是标记的名称。在文件中,标记码是以标记代码形式出现。例如 SOI
的标记代码为 0xFFD8
,即在 JPEG 文件中的如果出现数据 0xFFD8
,则表示此处为一个 SOI
标记。
标记 | 标记代码 | 描述 |
---|---|---|
SOI | 0xD8 | 图像开始 |
APP0 | 0xE0 | JFIF应用数据块 |
APPn | 0xE1 - 0xEF | 其他的应用数据块(n, 1~15) |
DQT | 0xDB | 量化表 |
SOF0 | 0xC0 | 帧开始 |
DHT | 0xC4 | 霍夫曼(Huffman)表 |
DRI | 0xDD | 差分编码累计复位的间隔 |
SOS | 0xDA | 扫描线开始 |
EOI | 0xD9 | 图像结束 |
用来分析的样例图片:libpng-rgb-rainbow.jpg。
(1) SOI (Start of Image)图像开始标记
0xFFD8
(2) APP0 (Application) 应用程序保留标记0
0xFFE0
包含9个具体字段:
序号 | 名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|---|
① | 数据长度 | 2 字节 | ①~⑨ 9个字段的总长度,即不包括标记代码,但包括本字段 |
② | 标识符 | 5 字节 | 固定值 0x4A46494600,即字符串“JFIF0” |
③ | 版本号 | 2 字节 | 一般是 0x0102,表示 JFIF 的版本号 1.2,可能会有其他数值代表其他版本 |
④ | X 和 Y 的密度单位 | 1 字节 | 只有三个值可选 0:无单位;1:点数/英寸;2:点数/厘米 |
⑤ | X 方向像素密度 | 2 字节 | 取值范围未知 |
⑥ | Y 方向像素密度 | 2 字节 | 取值范围未知 |
⑦ | 缩略图水平像素数目 | 1 字节 | 取值范围未知 |
⑧ | 缩略图垂直像素数目 | 1 字节 | 取值范围未知 |
⑨ | 缩略图 RGB 位图 | 长度可能是 3 的倍数 | 缩略图 RGB 位图数据 |
本标记段可以包含图像的一个微缩版本,存为 24 位的 RGB 像素。如果没有微缩图像(这种情况更常见),则字段 ⑦“ 缩略图水平像素数目”和字段 ⑧“ 缩略图垂直像素数目”的值均为 0 。
(3) APPn (Application) 应用程序保留标记 n,其中 n=1~15(任选)
0xFFE1~0xFFF
包含 2 个具体字段:
序号 | 名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|---|
① | 数据长度 | 2 字节 | ①~② 2 个字段的总长度,即不包括标记代码,但包括本字段 |
② | 详细信息 | 数据长度-2 字节 | 内容不定 |
例如,Adobe Photoshop 生成的 JPEG 图像中就用了 APP1 和 APP13 两个标记段分别存储了一幅图像的副本。
(4) DQT (Define Quantization Table) 定义量化表
0xFFDB
包含 2 个具体字段:
序号 | 名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|---|
① | 数据长度 | 2 字节 | 字段 ① 和多个字段 ② 的总长度 ,即不包括标记代码,但包括本字段 |
② | 量化表 | 数据长度-2 字节 | 《量化表表格》 |
量化表表格:
名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|
精度及量化表 ID | 1 字节 | 高 4 位:精度,只有两个可选值 0:8位;1:16位; 低 4 位:量化表 ID,取值范围为 0~3 |
表项 | (64×(精度+1)) 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,字段 ② 可以重复出现,表示多个量化表,但最多只能出现 4 次。
(5) SOF0 (Start of Frame) 帧图像开始
0xFFC0
包含 6 个具体字段:
序号 | 名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|---|
① | 数据长度 | 2 字节 | ①~⑥ 六个字段的总长度,即不包括标记代码,但包括本字段 |
② | 精度 | 1 字节 | 每个数据样本的位数,通常是 8 位,一般软件都不支持 12 位和 16 位 |
③ | 图像高度 | 2 字节 | 图像高度(单位:像素),如果不支持 DNL 就必须 > 0 |
④ | 图像宽度 | 2 字节 | 图像宽度(单位:像素),如果不支持 DNL 就必须 > 0 |
⑤ | 颜色分量数 | 1 字节 | 只有 3 个数值可选 1:灰度图;3:YCrCb 或 YIQ;4:CMYK; 而 JFIF 中使用 YCrCb,故这里颜色分量数恒为 3 |
⑥ | 颜色分量信息 | 颜色分量数×3字节(通常为 9 字节) | 《颜色分量信息表格》 |
颜色分量信息:
名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|
颜色分量 ID | 1 字节 | |
水平/垂直采样因子 | 1 字节 | 高 4 位:水平采样因子,低 4 位:垂直采样因子 |
量化表 | 1 字节 | 当前分量使用的量化表的 ID |
本标记段中,字段 ⑥ 应该重复出现,有多少个颜色分量(字段 ⑤),就出现多少次(一般为 3 次)。
(6) DHT (Define Huffman Table) 定义哈夫曼表
0xFFC4
包含 2 个具体字段:
序号 | 名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|---|
① | 数据长度 | 2 字节 | 字段 ① 和多个字段 ② 的总长度,即不包括标记代码,但包括本字段 |
② | 哈夫曼表 | 数据长度-2 字节 | 《哈夫曼表表格》 |
哈夫曼表表格:
名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|
表 ID 和表类型 | 1 字节 | 高 4 位:类型,只有两个值可选 0:DC 直流;1:AC 交流; 低 4 位:哈夫曼表 ID,注意,DC 表和 AC 表分开编码 |
不同位数的码字数量 | 16 字节 | 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 4 次),也可以只出现1次。例如,Adobe Photoshop 生成的 JPEG 图片文件中只有 1 个 DHT 标记段,里边包含了 4 个哈夫曼表;而 Macromedia Fireworks 生成的 JPEG 图片文件则有 4 个 DHT 标记段,每个 DHT 标记段只有一个哈夫曼表。
(7) DRI (Define Restart Interval) 定义差分编码累计复位的间隔
0xFFDD
包含 2 个具体字段:
序号 | 名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|---|
① | 数据长度 | 2 字节 | 固定值 0x0004,①~② 两个字段的总长度,即不包括标记代码,但包括本字段 |
② | MCU 块的单元中的重新开始间隔 | 2字节 | 设其值为 n,则表示每 n 个 MCU 块就有一个 RSTn 标记。第一个标记是 RST0,第二个是 RST1 等,RST7 后再从 RST0 重复。 |
如果没有本标记段,或间隔值为 0 时,就表示不存在重开始间隔和标记 RST。
(8) SOS (Start of Scan) 扫描开始 12字节
0xFFDA
包含 4 个具体字段:
序号 | 名称 | 长度 | 描述 |
---|---|---|---|
① | 数据长度 | 2 字节 | ①~④ 两个字段的总长度,即不包括标记代码,但包括本字段 |
② | 颜色分量数 | 1 字节 | 应该和 SOF 中的字段 ⑤ 的值相同,即: 1:灰度图是;3: YCrCb 或 YIQ;4:CMYK。 而 JFIF 中使用 YCrCb,故这里颜色分量数恒为 3 |
③ | 颜色分量信息 | (a) 颜色分量 ID: 1 字节 (b) 直流/交流系数表号: 1 字节 (高 4 位:直流分量使用的哈夫曼树编号,低 4 位:交流分量使用的哈夫曼树编号) |
|
④ | 压缩图像数据 | (a) 谱选择开始:1 字节(固定值 0x00) (b) 谱选择结束:1 字节(固定值 0x3F) (c) 谱选择:1 字节(在基本 JPEG 中总为 0x00) |
本标记段中,字段 ③ 应该重复出现,有多少个颜色分量(字段 ②),就出现多少次(一般为 3 次)。本段结束后,紧接着就是真正的图像信息了。图像信息直至遇到一个标记代码就自动结束,一般就是以 EOI 标记表示结束。
(9) EOI (End of Image) 图像结束标记
0xFFD9
JPEG 标记总览
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