摘自：
http://blog.21ic.com/user1/942/archives/2006/11364.htmlJPEG文件格式解析
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微处理机中的存放顺序有正序(big endian)和逆序(little endian)之分。正序存放就是高字节存放在前低字节在后，而逆序存放就是低字节在前高字节在后。例如，十六进制数为A02B，正序存放就是A02B，逆序存放就是2BA0。摩托罗拉(Motorola)公司的微处理器使用正序存放，而英特尔(Intel)公司的微处理器使用逆序。JPEG文件中的字节是按照正序排列的。
JPEG委员会在制定JPEG标准时，定义了许多标记(marker)用来区分和识别图像数据及其相关信息，但笔者没有找到JPEG委员会对JPEG文件交换格式的明确定义。直到1998年12月从分析网上具体的JPG图像来看，使用比较广泛的还是JPEG文件交换格式(JPEG File Interchange Format，JFIF)版本号为1.02。这是1992年9月由在C-Cube Microsystems公司工作的Eric Hamilton提出的。此外还有TIFF JPEG等格式，但由于这种格式比较复杂，因此大多数应用程序都支持JFIF文件交换格式。
JPEG文件使用的颜色空间是CCIR 601推荐标准进行的彩色空间(参看第7章)。在这个彩色空间中，每个分量、每个像素的电平规定为255级，用8位代码表示。从RGB转换成YCbCr空间时，使用下面的精确的转换关系：
Y = 256 * E'y
Cb = 256 * [E'Cb] + 128
Cr = 256 * [E'Cr] + 128
其中亮度电平E'y和色差电平E'Cb和E'Cb分别是CCIR 601定义的参数。由于E'y的范围是0～1，E'Cb和E'Cb的范围是-0.5～+0.5，因此Y, Cb和Cr的最大值必须要箝到255。于是RGB和YCbCr之间的转换关系需要按照下面的方法计算。
(1) 从RGB转换成YCbCr
YCbCr(256级)分量可直接从用8位表示的RGB分量计算得到：
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
Cb = - 0.1687R - 0.3313G + 0.5 B + 128
Cr = 0.5 R - 0.4187G - 0.0813 B + 128
需要注意的是不是所有图像文件格式都按照R0，G0，B0，…… Rn，Gn，Bn的次序存储样本数据，因此在RGB文件转换成JFIF文件时需要首先验证RGB的次序。
(2) 从YCbCr转换成RGB
RGB分量可直接从YCbCr(256级)分量计算得到：
R = Y + 1.402 (Cr-128)
G = Y - 0.34414 (Cb-128) - 0.71414 (Cr-128)
B = Y + 1.772 (Cb-128)
在JFIF文件格式中，图像样本的存放顺序是从左到右和从上到下。这就是说JFIF文件中的第一个图像样本是图像左上角的样本。
2 文件结构
JFIF文件格式直接使用JPEG标准为应用程序定义的许多标记，因此JFIF格式成了事实上JPEG文件交换格式标准。JPEG的每个标记都是由2个字节组成，其前一个字节是固定值0xFF。每个标记之前还可以添加数目不限的0xFF填充字节(fill byte)。下面是其中的8个标记：
1. SOI 0xD8 图像开始
2. APP0 0xE0 JFIF应用数据块
3. APPn 0xE1 - 0xEF 其他的应用数据块(n, 1～15)
4. DQT 0xDB 量化表
5. SOF0 0xC0 帧开始
6. DHT 0xC4 霍夫曼(Huffman)表
7. SOS 0xDA 扫描线开始
8. EOI 0xD9 图像结束
为使读者对JPEG定义的标记一目了然，现将JPEG的标记码列于表6-05，并保留英文解释。
表6-05 JPEG定义的标记
Symbol
(符号)
| Code Assignment
(标记代码)
| Description
(说明)
| Start Of Frame markers, non-hierarchical Huffman coding
| SOF0
| 0xFFC0
| Baseline DCT
| SOF1
| 0xFFC1
| Extended sequential DCT
| SOF2
| 0xFFC2
| Progressive DCT
| SOF3
| 0xFFC3
| Spatial (sequential) lossless
| Start Of Frame markers, hierarchical Huffman coding
| SOF5
| 0xFFC5
| Differential sequential DCT
| SOF6
| 0xFFC6
| Differential progressive DCT
| SOF7
| 0xFFC7
| Differential spatial lossless
| Start Of Frame markers, non-hierarchical arithmetic coding
| JPG
| 0xFFC8
| Reserved for JPEG extensions
| SOF9
| 0xFFC9
| Extended sequential DCT
| SOF10
| 0xFFCA
| Progressive DCT
| SOF11
| 0xFFCB
| Spatial (sequential) Lossless
| Start Of Frame markers, hierarchical arithmetic coding
| SOF13
| 0xFFCD
| Differential sequential DCT
| SOF14
| 0xFFCE
| Differential progressive DCT
| SOF15
| 0xFFCF
| Differential spatial Lossless
| Huffman table specification
| DHT
| 0xFFC4
| Define Huffman table(s)
| arithmetic coding conditioning specification
| DAC
| 0xFFCC
| Define arithmetic conditioning table
| Restart interval termination
| RSTm
| 0xFFD0～0xFFD7
| Restart with modulo 8 counter m
| Other marker
| SOI
| 0xFFD8
| Start of image
| EOI
| 0xFFD9
| End of image
| SOS
| 0xFFDA
| Start of scan
| DQT
| 0xFFDB
| Define quantization table(s)
| DNL
| 0xFFDC
| Define number of lines
| DRI
| 0xFFDD
| Define restart interval
| DHP
| 0xFFDE
| Define hierarchical progression
| EXP
| 0xFFDF
| Expand reference image(s)
| APPn
| 0xFFE0～0xFFEF
| Reserved for application use
| JPGn
| 0xFFF0～0xFFFD
| Reserved for JPEG extension
| COM
| 0xFFFE
| Comment
| Reserved markers
| TEM
| 0xFF01
| For temporary use in arithmetic coding
| RES
| 0xFF02～0xFFBF
| Reserved
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JPEG文件由下面的8个部分组成：
(1) 图像开始SOI(Start of Image)标记 0xD8
(2) APP0标记(Marker) 0xE0
① APP0长度(length)
② 标识符(identifier)
③ 版本号(version)
④ X和Y的密度单位(units=0：无单位；units=1：点数/英寸；units=2：点数/厘米)
⑤ X方向像素密度(X density)
⑥ Y方向像素密度(Y density)
⑦ 缩略图水平像素数目(thumbnail horizontal pixels)
⑧ 缩略图垂直像素数目(thumbnail vertical pixels)
⑨ 缩略图RGB位图(thumbnail RGB bitmap)
(3) APPn标记(Markers)，其中n=1～15(任选) 0xE1 - 0xEF
① APPn长度(length)
② 由于详细信息(application specific information)
(4) 一个或者多个量化表DQT(difine quantization table) 0xDB
① 量化表长度(quantization table length)
② 量化表数目(quantization table number)
③ 量化表(quantization table)
(5) 帧图像开始SOF0(Start of Frame) 0xC0
① 帧开始长度(start of frame length)
② 精度(precision)，每个颜色分量每个像素的位数(bits per pixel per color component)
③ 图像高度(image height)
④ 图像宽度(image width)
⑤ 颜色分量数(number of color components)
⑥ 对每个颜色分量(for each component)
ID
垂直方向的样本因子(vertical sample factor)
水平方向的样本因子(horizontal sample factor)
量化表号(quantization table#)
(6) 一个或者多个霍夫曼表DHT(Difine Huffman Table) 0xC4
① 霍夫曼表的长度(Huffman table length)
② 类型、AC或者DC(Type, AC or DC)
③ 索引(Index)
④ 位表(bits table)
⑤ 值表(value table)
(7) 扫描开始SOS(Start of Scan) 0xDA
① 扫描开始长度(start of scan length)
② 颜色分量数(number of color components)
③ 每个颜色分量
ID
交流系数表号(AC table #)
直流系数表号(DC table #)
④ 压缩图像数据(compressed image data)
(8) 图像结束EOI(End of Image) 0xD9
表6-06表示了APP0域的详细结构。有兴趣的读者可通过UltraEdit或者PC TOOLS等工具软件打开一个JPG图像文件，对APP0的结构进行分析和验证。
表6-06 JFIF格式中APP0域的详细结构
偏移
| 长度
| 内容
| 块的名称
| 说明
| 0
| 2 byte
| 0xFFD8
| (Start of Image,SOI)
| 图像开始
| 2
| 2 byte
| 0xFFE0
| APP0(JFIF application segment)
| JFIF应用数据块
| 4
| 2 bytes
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| length of APP0 block
| APP0块的长度
| 6
| 5 bytes
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| "JFIF"+"0"
| 识别APP0标记
| 11
| 1 byte
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| <Major version>
| 主要版本号(如版本1.02中的1)
| 12
| 1 byte
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| <Minor version>
| 次要版本号(如版本1.02中的02)
| 13
| 1 byte
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| <Units for the X
and Y densities>
| X和Y的密度单位
units=0：无单位
units=1：点数/英寸
units=2：点数/厘米
| 14
| 2 bytes
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| <Xdensity>
| 水平方向像素密度
| 16
| 2 bytes
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| <Ydensity>
| 垂直方向像素密度
| 18
| 1 byte
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| <Xthumbnail>
| 缩略图水平像素数目
| 19
| 1 byte
|
| <Ythumbnail>
| 缩略图垂直像素数目
|
| 3n
|
| < Thumbnail RGB bitmap>
| 缩略RGB位图(n为缩略图的像素数)
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|
| Optional JFIF extension APP0 marker segment(s)
| 任选的JFIF扩展APP0标记段
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| ……
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| ……
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|
| 2 byte
| 0xFFD9
| (EOI) end-of-file
| 图像文件结束标记
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