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标题: JPEG 原理详细实例分析及其在嵌入式 Linux 中的应用(3)JPEG文件存储格式 [打印本页]

作者: look_w    时间: 2018-5-23 17:11     标题: JPEG 原理详细实例分析及其在嵌入式 Linux 中的应用(3)JPEG文件存储格式

介绍了 JPEG 的原理,我们再来结合一个具体的实例来详细讨论上面所涉及到的细节。
我们先来制作一个简单的8X8大小的像素图,然后把它存成JPEG格式。
方法是用 windows 的画图工具,定义一个8X8大小的图,用一些色块填充进去,然后另存为 JPEG 格式,如 test8x8.jpg。如下图所示:
保存成的文件后缀为 jpg,但按标准来说,它是一种 JFIF 格式标准的文件,里面的图像的压缩方式是 JPEG。
JFIF 是一个文件格式标准,JPEG 是一个压缩标准,总体来说它们不是一个概念。
JFIF 是 JPEG File Interchange Format 的缩写,也即 JPEG 文件交换格式。JFIF 是一个图片文件格式标准,它是一种使用 JPEG 图像压缩技术存储摄影图像的方法。JFIF 代表了一种"通用语言"文件格式,它是专门为方便用户在不同的计算机和应用程序间传输 JPEG 图像而设计的语言。
JFIF 文件格式定义了一些内容是 JPEG 压缩标准未定义的,如 resolution/aspect ratio,color space 等。
我们可以打开 JPEG 文件查看里面的内容,即可看到上面的各个标记段:
从图上可以看出:
在头部有 FFD8 ,表示图像的开始;结束部分有 FFD9 ,表示图像的结束。
在中间有两个量化表 DQT 对应的标记 FFDB ;
还有图像大小信息对应的 FFC0
再后面有四个 Haffman 表对应的 FFC4 ;
一般一个 JPG 文件里会有 2 类 Haffman 表:一个用于 DC 一个用于 AC ,也即实际有 4个表,亮度的 DC,AC 两个,色度的 DC,AC 两个。
然后是图像数据段标记 FFDA;
我们再来看看各个标记的细部,具体分析一下各个部分的含义。
1、图片的识别信息上面的内容,在标记 FFE0 后,即为长度16。然后是5字节的 JFIF 标识符号,说明这是一个 JPEG 压缩的文件。然后是主/次版本号码。下一个为 XY 像素的单位,这里为1,表示单位为点数/英寸。然后是 XY 方向的像素密度,这里是 96DPI,最后是缩略图有关信息,这里为0。
2、量化表的实例上面这个内容,FFDB 标记后的长度值为67,接下来的是 QT 信息,占一个字节;这里是0,表示这个 QT 表编号为0,并且精度是8bit。然后后面就是64个8x8的 QT 表的各个 item 了。
也即第一个 DQT 量化表的内容表示为十进制是:
这个表即为 JPEG 亮度量化表。
第二个量化表的内容为:
这个表的内容即为 JPEG 色度量化表。
当你打开不同的 JPEG 文件,你会看到这两个表可能也是会有区别的。这个主要是使用了不同的量化方式的结果。
3、图像信息段上面这个内容,FFC0 标记后即是长度,为17,然后是一个字节的数据精度,通常是为8,代表样本位数。接下来是图片的高度,占两字节,这里即为8,然后是图片的宽度,也为8,这也就是我们定义的8x8的内容。然后是 component 的个数,这里是3,表示 YUV。接下来是三组数据,每组数据里,第一个是 component ID,第二个是采样系数,这里 Y 的采样系数为22,说明垂直是2,水平是2。再后面就是量化表的编号了。
4、Haffman 表的实例上面这个内容,FFC4 标记后的内容为数据长度,再接着的1字节为 Huffman Table 的信息,低4位是 HT ID 号,第5位是 HT 表类型标记,再高三位是为0。
第一个 DHT 表,00,类型为 DC table,HT ID 号为 0;
第二个 DHT 表,10,类型为 AC table,HT ID 号也为 0;
第三个 DHT 表,01,类型为 DC table,HT ID 号为 1;
第四个 DHT 表,11,类型为 AC table,HT ID 号为 1;
即前两个表为Y亮度分量的 DC/AC 表,后两个为 UV 色度分量的 DC/AC 表。
以第一个表为例,因为长度只有 31,那么 00 后面的 16 字节,即绿色部分:
组号为 1 的组中,代码有 0 个;
组号为 2 的,代码有 1 个;
组号为 3 的代码有 5 个;
组号为 4/5/6/7/8/9 的代码各 1 个。
总共 12 个。
再看后续的数据:
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B
即对应:
其他未出现的组号,对应的数据未使用到。也就是说前面提到过的范式 Huffman 编码里,目前只使用部分数据即可,原因是这个 8x8 的图像数据很小。
第二个 DHT 表就更复杂些了,长度有 181。
5、图像数据段这里 SOS 段,长度为 12,后面所含有的 component 数量为 3 个,也即 Y UV。然后后面是各 component 的编号,及对应所使用的 Huffman 表的 ID 是多少。
在这个段的后面就是所有压缩后的数据。直到结束的问题,即 FFD9,EOI(End Of Image)。




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