JPG图片文件结构分析

JPG文件结构分析2010-04-0622:32【转自网络作者：一江秋水】一、简述JPEG是一个压缩标准，又可分为标准JPEG、渐进式JPEG及JPEG2000三种:①标准JPEG：以24位颜色存储单个光栅图像，是与平台无关的格式，支持最高级别的压缩，不过，这种压缩是有损耗的。此类型图片在网页下载时只能由上而下依序显示图片，直到图片资料全部下载完毕，才能看到全貌。②渐进式JPEG：渐进式JPG为标准JPG的改良格式，支持交错，可以在网页下载时，先呈现出图片的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容，渐进式JPG的文件比标准JPG的文件要来得小。③JPEG2000：新一代的影像压缩法，压缩品质更好，其压缩率比标准JPEG高约30％左右，同时支持有损和无损压缩。一个极其重要的特征在于它能实现渐进传输，即先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，让图像由朦胧到清晰显示。以一幅24位彩色图像为例，JPEG的压缩分为四个步骤：①颜色转换：在将彩色图像进行压缩之前，必须先对颜色模式进行数据转换。转换完成之后还需要进行数据采样。②DCT变换：是将图像信号在频率域上进行变换，分离出高频和低频信息的处理过程，然后再对图像的高频部分（即图像细节）进行压缩。首先以象素为单位将图像划分为多个8×8的矩阵，然后对每一个矩阵作DCT变换。把8×8的象素矩阵变成8×8的频率系数矩阵（所谓频率就是颜色改变的速度），频率系数都是浮点数。③量化：由于下面第四步编码过程中使用的码本都是整数，因此要对频率系数进行量化，将之转换为整数。数据量化后，矩阵中的数据都是近似值，和原始图像数据之间有了差异，这一差异是造成图像压缩后失真的主要原因。这一过程中，质量因子的选取至为重要。值选得大，可以大幅度提高压缩比，但是图像质量就比较差，质量因子越小图像重建质量越好，但是压缩比越低。④编码：编码是基于统计特性的方法。四个步骤都完成后的JPEG文件，其基本数据结构为两大类型：“段”和经过压缩编码的图像数据。二、数据结构1.段的一般结构如下表所示：表1：段的一般结构-----------------------------------------------------------------名称字节数数据说明-----------------------------------------------------------------段标识1FF每个新段的开始标识段类型1类型编码（称作“标记码”）段长度2包括段内容和段长度本身,不包括段标识和段类型段内容≤65533字节-----------------------------------------------------------------说明：①JPG文件中所有关于宽度高度长度间隔这一类数据，凡是＞１字节的，均采用Motorola格式，即：高位在前，低位在后。②有些段没有长度描述也没有内容，只有段标识和段类型。文件头和文件尾均属于这种段。③段与段之间无论有多少FF都是合法的，这些FF称为“填充字节”，必须被忽略掉。2.段类型有30种，但只有10种是必须被所有程序识别的，其它的类型都可以忽略。所以下面只列出这10种类型。表2：段类型---------------------------------------名称标记码说明---------------------------------------SOID8文件头EOID9文件尾SOF0C0帧开始（标准JPEG）SOF1C1同上DHTC4定义Huffman表（霍夫曼表）SOSDA扫描行开始DQTDB定义量化表DRIDD定义重新开始间隔APP0E0定义交换格式和图像识别信息COMFE注释-----------------------------------------------------------说明：有的文章也将DNL段（标记码＝DC，定义扫描行数）列为必须段。3.以下按一般JPEG文件的段排列顺序详细介绍各种段的结构：表3：SOI（文件头）-----------------名称字节数值-----------------段标识1FF段类型1D8-----------------说明：这两个字节构成了JPEG文件头。表4：APP0（图像识别信息）--------------------------------------------------------------------------名称字节数值说明--------------------------------------------------------------------------段标识1FF段类型1E0段长度20010如果有RGB缩略图就＝16＋3n（以下为段内容）交换格式54A46494600“JFIF”的ASCII码主版本号1次版本号1密度单位10＝无单位；1＝点数/英寸；2＝点数/厘米X像素密度2水平方向的密度Y像素密度2垂直方向的密度缩略图X像素1缩略图水平像素数目缩略图Y像素1缩略图垂直像素数目（如果“缩略图X像素”和“缩略图Y像素”的值均＞0，那么才有下面的数据）RGB缩略图3×nn＝缩略图像素总数＝缩略图X像素×缩略图Y像素--------------------------------------------------------------------------说明：①JFIF是JPEGFileInterchangeFormat的缩写，即JPEG文件交换格式，另外还有TIFF等格式，很少用②“如果有RGB缩略图就＝16＋3n”是什么意思呢？比如说“缩略图X像素”和“缩略图Y像素”的值均为48，就表示有一个48×48像素的缩略图（ｎ＝48×48），缩略图是24位真彩位图，用３个字节来表示一个像素，所以共占用3n个字节。但大多数JPG文件都没有这个“鸡肋”缩略图。表5：COM（注释）--------------------------------------------------------------------------名称字节数值说明--------------------------------------------------------------------------段标识1FF段类型1FE段长度2其值＝注释字符的字节数＋2段内容注释字符--------------------------------------------------------------------------说明：有的JPEG文件没有这个段。