JPEG图片格式详解

2-1 JPEG图片格式详解

 

1. JPEG格式文件简介

 

JPEG（Joint Photographic Experts Group，联合图像专家小组），是一种常用的图像存储格式， jpg/jpeg是24位的图像文件格式，也是一种高效率的压缩格式，是面向连续色调静止图像的一种压缩标准。同样一幅画面，用.jpg/.jpeg格式储存的文件是其他类型图形文件的1 /10～1/20。一般情况下，.jpg/.jpeg文件只有几十KB，而色彩数最高却可达到24位，所以它被广泛运用在Internet上，以节约宝贵的网络传输资源。

 

1.1 拓展名.jpg与.jpeg

JPEG的文件格式一般有两种文件扩展名：.jpg和.jpeg，这两种扩展名的实质是相同的，我们可以把.jpg的文件改名为.jpeg，而对文件本身不会有任何影响。严格来讲，JPEG的文件扩展名应该为.jpeg，由于DOS时代的8.3文件名命名原则，就使用了.jpg的扩展名，这种情况类似于.htm和.html的区别。

 

1.2 JPEG的三种格式

JPEG格式可以分为：标准JPEG、渐进式JPEG 和 JPEG2000三种格式。

• 标准JPEG：

该类型的图片文件，在网络上应用较多，只有图片完全被加载和读取完毕之后，才能看到图片的全貌；它是一种很灵活的图片压缩方式，用户可以在压缩比和图片品质之间进行权衡。不过通常来讲，其压缩比在10:1到40:1之间，压缩比越大，品质就越差，压缩比越小，品质就越好。

• 渐进式JPEG：

该类型的图片是对标准JPEG格式的改进，当在网页上下载渐进式JPEG图片时，首先呈现图片的大概外貌，然后再逐渐呈现具体的细节部分，因而被称之为渐进式JPEG。

• JPEG2002：

一种全新的图片压缩发，压缩品质更好，并且改善了无线传输时，因信号不稳定而造成的马赛克及位置错乱等问题。另外，作为JPEG的升级版，JPEG2000的压缩率比标准JPEG高约30%，同时支持有损压缩和无损压缩。它还支持渐进式传输，即先传输图片的粗略轮廓，然后，逐步传输细节数据，使得图片由模糊到清晰逐步显示。

 

 

2. JPEG文件结构详解

 

2.1 JPEG图片格式组成部分

JPEG格式的文件是分为一个一个的段来存储的，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。但JPEG文件的每个段都一定包含两部分：

1. 段的标识与类型。它由两个字节构成：第一个字节是段标识0xFF，第二个字节是段类型（对于不同的段是不同的），具体如以下表：

段类型   表示符号      说明
——————————————————————————————————
SOI      D8          文件头
​
APP0     E0          定义交换格式和图像识别信息
APP1     E1          同上
....    ....         .... 
APPn     En          同上
​
DQT      DB          定义量化表
​
SOF0     C0          图像基本信息
SOF1     C1          同上
....    ....         ....
SOFn     Cn          同上
​
DHT      C4          定义 Huffman 表（霍夫曼表）
DRI      DD          定义重新开始间隔
SOS      DA          扫描行开始
COM      FE          注释
EOI      D9          文件尾
......

2. 段的长度。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）。其作用是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。

注意：这个长度的表示方法并不是按照传统intel的方法（低位在前，高位在后，即逆序），而是按照高位在前，低位在后的。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。

 

综上，以下是jpeg图片的段的一般结构：

-----------------------------------------------------------------
名称   字节数    数据     说明
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段标识   1       FF      每个新段的开始标识
段类型   1               段类型编码（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                 

 

注意：

1. 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。

2. 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。

 

2.2 段类型

段类型有30种，以下列出几种必须的或常见的 JPEG文件段类型。

1. SOI（必须）：SOI段定义了文件头。该段仅有两个字节：FF D8，这两个字节代表了JPEG文件的开始。

2. APP0, APP1, APP2....（必须）：APP0段定义了交换格式和图像识别信息。包含了一些像素和略缩图相关的信息。

3. DQT（必须）：DQT段定义了量化表。JPEG文件一般有两个DQT段，为亮度定义１个, 为色度定义１个。

4. SOF0, SOF1, SOF2....（必须）：SOF段定义了图像基本信息。包含了一些图片长宽高、组件等信息。

5. DHT（必须） ：DHT段定义了Huffman表，即霍夫曼编码表。

6. DRI（非必须）：DRI段定义了重新开始间隔，很多JPEG文件没有这个段。

7. SOS（必须）：SOS段定义了扫描行开始，紧接着SOS段后的就是一个个扫描行（压缩的图像数据）。

8. COM（非必须）：COM段定义了注释段，有的JPEG文件没有这个段。

9. EOI（必须）：EOI段定义了文件尾，该段仅有两个字节：FF D9，这两个字节代表了JPEG文件的结束。

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