JPEG文件的存儲(chǔ)格式有很多種，但最常用的是JFIF格式，即JPEG File Interchange Format。JPEG文件大體可以分為兩個(gè)部分：
（1）標(biāo)記碼；由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成，其中，前一個(gè)字節(jié)是固定值0XFF代表了一個(gè)標(biāo)記碼的開(kāi)始，后一個(gè)字節(jié)不同的值代表著不同的含義。需要提醒的是，連續(xù)的多個(gè)0XFF可以理解為一個(gè)0XFF，并表示一個(gè)標(biāo)記碼的開(kāi)始。另外，標(biāo)記碼在文件中一般是以標(biāo)記代碼的形式出現(xiàn)的。例如，SOI的標(biāo)記代碼是0XFFD8，即，如果JPEG文件中出現(xiàn)了0XFFD8，則代表此處是一個(gè)SOI標(biāo)記。
（2）壓縮數(shù)據(jù)；一個(gè)完整的兩字節(jié)標(biāo)記碼的后面，就是該標(biāo)記碼對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)了，它記錄了關(guān)于文件的若干信息。
一些典型的標(biāo)記碼，及其所代表的含義如下所示：
SOI，Start Of Image， 圖像開(kāi)始，標(biāo)記代碼為固定值0XFFD8，用2字節(jié)表示；
APP0，Application 0, 應(yīng)用程序保留標(biāo)記0，標(biāo)記代碼為固定值0XFFE0，用2字節(jié)表示；該標(biāo)記碼之后包含了9個(gè)具體的字段：
（1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：2個(gè)字節(jié)，用來(lái)表示（1）--（9）的9個(gè)字段的總長(zhǎng)度，即不包含標(biāo)記代碼但包含本字段；
（2）標(biāo)示符：5個(gè)字節(jié)，固定值0X4A6494600，表示了字符串“JFIF0”；
（3）版本號(hào)：2個(gè)字節(jié)，一般為0X0102，表示JFIF的版本號(hào)為1.2；但也可能為其它數(shù)值，從而代表了其它版本號(hào)；
（4）X,Y方向的密度單位：1個(gè)字節(jié)，只有三個(gè)值可選，0：無(wú)單位；1：點(diǎn)數(shù)每英寸；2：點(diǎn)數(shù)每厘米；
（5）X方向像素密度：2個(gè)字節(jié)，取值范圍未知；
（6）Y方向像素密度：2個(gè)字節(jié)，取值范圍未知；
（7）縮略圖水平像素?cái)?shù)目：1個(gè)字節(jié)，取值范圍未知；
（8）縮略圖垂直像素?cái)?shù)目：1個(gè)字節(jié)，取值范圍未知；
（9）縮略圖RGB位圖：長(zhǎng)度可能是3的倍數(shù)，保存了一個(gè)24位的RGB位圖；如果沒(méi)有縮略位圖（這種情況更常見(jiàn)），則字段（7）（8）的取值均為0；
APPn, Application n, 應(yīng)用程序保留標(biāo)記n(n=1---15),標(biāo)記代碼為2個(gè)字節(jié)，取值為0XFFE1--0XFFFF；包含了兩個(gè)字段：
（1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，2個(gè)字節(jié)，表示（1）（2）兩個(gè)字段的總長(zhǎng)度；即，不包含標(biāo)記代碼，但包含本字段；
（2）詳細(xì)信息：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度-2個(gè)字節(jié)，內(nèi)容不定；
DQT，Define Quantization Table, 定義量化表；標(biāo)記代碼為固定值0XFFDB；包含9個(gè)具體字段：
（1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：2個(gè)字節(jié)，表示（1）和多個(gè)（2）字段的總長(zhǎng)度；即，不包含標(biāo)記代碼，但包含本字段；
（2）量化表：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度-2個(gè)字節(jié)，其中包括以下內(nèi)容：
（a）精度及量化表ID，1個(gè)字節(jié)，高4位表示精度，只有兩個(gè)可選值，0：8位；1:16位；低4位表示量化表ID，取值范圍為0--3；
（b）表項(xiàng)，64（精度取值+1）個(gè)字節(jié)，例如，8位精度的量化表，其表項(xiàng)長(zhǎng)度為64（0+1）=64字節(jié)；
本標(biāo)記段中，（2）可以重復(fù)出現(xiàn)，表示多個(gè)量化表，但最多只能出現(xiàn)4次；
SOFO，Start Of Frame, 幀圖像開(kāi)始，標(biāo)記代碼為固定值0XFFC0；包含9個(gè)具體字段：
（1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：2個(gè)字節(jié)，（1）--（6）共6個(gè)字段的總長(zhǎng)度；即，不包含標(biāo)記代碼，但包含本字段；
（2）精度：1個(gè)字節(jié)，代表每個(gè)數(shù)據(jù)樣本的位數(shù)；通常是8位；
（3）圖像高度：2個(gè)字節(jié)，表示以像素為單位的圖像高度，如果不支持DNL就必須大于0；
（4）圖像寬度：2個(gè)字節(jié)，表示以像素為單位的圖像寬度，如果不支持DNL就必須大于0；
（5）顏色分量個(gè)數(shù)：1個(gè)字節(jié)，由于JPEG采用YCrCb顏色空間，這里恒定為3；
（6）顏色分量信息：顏色分量個(gè)數(shù)*3個(gè)字節(jié)，這里通常為9個(gè)字節(jié)；并依此表示如下一些信息：
（a）顏色分量ID： 1個(gè)字節(jié)；
（b）水平/垂直采樣因子：1個(gè)字節(jié)，高4位代表水平采樣因子，低4位代表垂直采樣因子；
（c）量化表：1個(gè)字節(jié)，當(dāng)前分量使用的量化表ID；
本標(biāo)記段中，字段（6）應(yīng)該重復(fù)出現(xiàn)3次，因?yàn)檫@里有3個(gè)顏色分量；
DHT，Define Huffman Table定義Huffman表，標(biāo)記碼為0XFFC4；包含2個(gè)字段：
（1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，2個(gè)字節(jié)，表示（1）--（2）的總長(zhǎng)度，即，不包含標(biāo)記代碼，但包含本字段；
（2）Huffman表，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度-2個(gè)字節(jié)，包含以下字段：
（a）表ID和表類型，1個(gè)字節(jié)，高4位表示表的類型，取值只有兩個(gè)；0：DC直流；1：AC交流；低4位，Huffman表ID；需要提醒的是，DC表和AC表分開(kāi)進(jìn)行編碼；
（b）不同位數(shù)的碼字?jǐn)?shù)量，16個(gè)字節(jié)；
（c）編碼內(nèi)容，16個(gè)不同位數(shù)的碼字?jǐn)?shù)量之和（字節(jié)）；
本標(biāo)記段中，字段（2）可以重復(fù)出現(xiàn)，一般需要重復(fù)4次。
DRI，Define Restart Interval，定義差分編碼累計(jì)復(fù)位的間隔，標(biāo)記碼為固定值0XFFDD；
包含2個(gè)具體字段：
（1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：2個(gè)字節(jié)，取值為固定值0X0004，表示（1）（2）兩個(gè)字段的總長(zhǎng)度；即，不包含標(biāo)記代碼，但包含本字段；
（2）MCU塊的單元中重新開(kāi)始間隔：2個(gè)字節(jié)，如果取值為n，就代表每n個(gè)MCU塊就有一個(gè)RSTn標(biāo)記；第一個(gè)標(biāo)記是RST0，第二個(gè)是RST1,RST7之后再?gòu)腞ST0開(kāi)始重復(fù)；如果沒(méi)有本標(biāo)記段，或者間隔值為0，就表示不存在重開(kāi)始間隔和標(biāo)記RST；
SOS，Start Of Scan，掃描開(kāi)始；標(biāo)記碼為0XFFDA，包含2個(gè)具體字段：
（1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：2個(gè)字節(jié)，表示（1）--（4）字段的總長(zhǎng)度；
（2）顏色分量數(shù)目：1個(gè)字節(jié)，只有3個(gè)可選值，1：灰度圖；3：YCrCb或YIQ；4：CMYK；
（3）顏色分量信息：包括以下字段，
（a）顏色分量ID：1個(gè)字節(jié)；
（b）直流/交流系數(shù)表ID，1個(gè)字節(jié)，高4位表示直流分量的Huffman表的ID；低4位表示交流分量的Huffman表的ID；
（4）壓縮圖像數(shù)據(jù)
（a）譜選擇開(kāi)始：1個(gè)字節(jié)，固定值0X00；
（b）譜選擇結(jié)束：1個(gè)字節(jié)，固定值0X3F；
（c）譜選擇：1個(gè)字節(jié)，固定值0X00；
本標(biāo)記段中，（3）應(yīng)該重復(fù)出現(xiàn)，有多少個(gè)顏色分量，就重復(fù)出現(xiàn)幾次；本段結(jié)束之后，就是真正的圖像信息了；圖像信息直到遇到EOI標(biāo)記就結(jié)束了；
EOI，End Of Image，圖像結(jié)束；標(biāo)記代碼為0XFFD9；
另外，需要說(shuō)明的是，在JPEG中0XFF具有標(biāo)記的意思，所以在壓縮數(shù)據(jù)流（真正的圖像信息）中，如果出現(xiàn)了0XFF，就需要做特別處理了。方法是，如果在圖像數(shù)據(jù)流中遇到0XFF，應(yīng)該檢測(cè)其緊接著的字符，如果是：
（1）0X00，表示0XFF是圖像流的組成部分；需要進(jìn)行譯碼；
（2）0XD9，表示與0XFF組成標(biāo)記EOI，即，代表圖像流的結(jié)束，同時(shí)，圖像文件結(jié)束；
（3）0XD0--0XD7，組成RSTn標(biāo)記，需要忽視整個(gè)RSTn標(biāo)記，即不對(duì)當(dāng)前0XFF和緊接著的0XDn兩個(gè)字節(jié)進(jìn)行譯碼，并按RST標(biāo)記的規(guī)則調(diào)整譯碼變量；
（4）0XFF，忽略當(dāng)前0XFF，對(duì)后一個(gè)0XFF進(jìn)行判斷；
（5）其它數(shù)值，忽然當(dāng)前0XFF，并保留緊接著此數(shù)值用于譯碼；
需要說(shuō)明的是，JPEG文件格式中，一個(gè)字（16位）的存儲(chǔ)使用的是Motorola格式，而不是Intel格式。也就是說(shuō)，一個(gè)字的高字節(jié)（高8位）在數(shù)據(jù)流的前面，低字節(jié)（低8位）在數(shù)據(jù)流的后面，與平時(shí)習(xí)慣的Intel格式有所不同。這種字節(jié)順序問(wèn)題的起因在于早期的硬件發(fā)展上。在8位CPU的時(shí)代，許多8位CPU都可以處理16位的數(shù)據(jù)，但它們顯然是分兩次進(jìn)行處理的。這個(gè)時(shí)候就出現(xiàn)了先處理高位字節(jié)還是先處理低位字節(jié)的問(wèn)題。以Intel為代表的廠家生產(chǎn)的CPU采用先低字節(jié)后高字節(jié)的方式；而以Motorola,IBM為代表的廠家生產(chǎn)的CPU則采用了先高字節(jié)后低字節(jié)的方式。Intel的字節(jié)順序也稱為little-endian，而Motorola的字節(jié)順序就叫做big-endian。而JPEG/JFIF文件格式則采用了big-endian格式。下面的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了從intel格式到motolora格式的轉(zhuǎn)換
USHORT Intel2Moto(USHORT val)
{
BYTE highBits = BYTE(val / 256);
BYTE lowBits = BYTE(val % 256);
return lowBits * 256 + highBits;
}
解碼
1）讀入JPEG/JFIF文件的相關(guān)信息
按照J(rèn)FIF文件格式，將JPEG文件相關(guān)的字段信息一一讀取出來(lái)，并進(jìn)行相應(yīng)的解析。例如，圖像的寬度、高度、量化表、Huffman表、水平/垂直采樣因子等。一般而言，JFIF格式文件的讀取順序依次為：
SOI字段；
APP0字段；
APPn字段；
DQT字段；
SOFO字段；
DHT字段；
SOS字段；
壓縮數(shù)據(jù)字段；
EOI字段；
讀取JPEG文件相關(guān)信息的時(shí)候，有兩點(diǎn)需要特別注意：
（a）由于JPEG中以0XFF來(lái)做為特殊標(biāo)記符，因此，如果某個(gè)像素的取值為0XFF，那么實(shí)際在保存的時(shí)候，是以0XFF00來(lái)保存的，從而避免其跟特殊標(biāo)記符0XFF之間產(chǎn)生混淆。所以，在讀取文件信息的時(shí)候，如果遇0XFF00，就必須去除后面的00；即，將0XFF00當(dāng)做0XFF；
（b）JPEG文件中，一個(gè)字（16位）的存儲(chǔ)是采用了Motorola格式（big-endian），而不是我們常用的Intel格式（little-endian）。因此，如果需要的話，請(qǐng)?jiān)谔幚碇g進(jìn)行依次高低字節(jié)的轉(zhuǎn)換。
（2） 讀取Huffman表
在標(biāo)記碼DHT之后，包含了一個(gè)或者多個(gè)Huffman表（通常是4個(gè)表）。對(duì)于一個(gè)Huffman表而言，它包含了以下三部分內(nèi)容：
（a）表ID和表類型；1個(gè)字節(jié)；僅有4個(gè)可選的取值，0X00,0X01,0X10,0X11，分別表示DC直流0號(hào)表，DC直流1號(hào)表，AC交流0號(hào)表，AC交流1號(hào)表；
（b）不同位數(shù)的碼字?jǐn)?shù)量；前面提到,JPEG中的Huffman編碼表是按照編碼長(zhǎng)度的位數(shù)以表格的形式保存的，而且，Huffman編碼表的位數(shù)只能是1--16位，因此，這里用16個(gè)字節(jié)來(lái)分別表示1--16位的每種位長(zhǎng)的編碼在Huffman樹(shù)中的個(gè)數(shù)。
（c）編碼內(nèi)容；該字段記錄了Huffman樹(shù)中各個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，上一個(gè)字段（不同位數(shù)的碼字?jǐn)?shù)量）的16個(gè)數(shù)值之和，就是本字段的長(zhǎng)度，也就是Huffman樹(shù)中葉子節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
這里，我們不妨以下面一段Huffman表的數(shù)據(jù)為例來(lái)說(shuō)明情況（均以16進(jìn)制表示）：
11 00 02 02 00 05 01 06 01 00 00 00 00 00 00 00 00
00 01 11 02 21 03 31 41 12 51 61 71 81 91 22 13 32
以上數(shù)據(jù)串中第一行代表了Huffman表ID、表類型、不同位數(shù)的碼字?jǐn)?shù)量信息；
第一行的第一個(gè)字節(jié)0X11代表了表的ID和類型是AC交流1號(hào)表；
第一行的第2到第17字節(jié)代表了不同位數(shù)碼字的數(shù)量。即，第2個(gè)字節(jié)00表示沒(méi)有位數(shù)為1的編碼；第3個(gè)和第4個(gè)字節(jié)的02表示位數(shù)為2和位數(shù)為3的編碼各有兩個(gè)；第5個(gè)字節(jié)的00表示沒(méi)有位數(shù)為5的編碼。。。。此外，通過(guò)這些數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，此Huffman樹(shù)有0+2+2+0+5+1+6+1=17個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)。
第二行為編碼的內(nèi)容，表明17個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)按照從小到大的順序排列，即，權(quán)值依次為0,1,11,2,21,3,31,41...
（3） 構(gòu)建Huffman樹(shù)
讀取到Huffman表的數(shù)據(jù)之后，就需要構(gòu)建Huffman樹(shù)了。其具體規(guī)則如下
（a）第一個(gè)編碼的數(shù)字必定為0；如果第一個(gè)編碼的位數(shù)為1，就被編碼為0；如果第一個(gè)編碼的位數(shù)為2，就被編碼為00；如果第一個(gè)編碼的位數(shù)為3，就被編碼為000。。。
（b）從第二個(gè)編碼開(kāi)始，如果它和它前面編碼具有相同的位數(shù)，則當(dāng)前編碼是它前面的編碼加1；如果它的編碼位數(shù)比它前面的編碼位數(shù)大，則當(dāng)前編碼時(shí)它前面的編碼加1之后再在后面添加若干個(gè)0，直到滿足編碼位數(shù)的長(zhǎng)度為止。
還是以上面的數(shù)據(jù)為例：
第一行的第2個(gè)字節(jié)00表示沒(méi)有位數(shù)為1的編碼；
第一行的第3個(gè)字節(jié)02表示位數(shù)為2的編碼有2個(gè)；由于沒(méi)有位數(shù)為1的編碼，因此這里位數(shù)為2的編碼中的第一個(gè)為00，第二個(gè)為00+1=01；
第一行的第4個(gè)字節(jié)02表示位數(shù)為3的編碼有2個(gè)；因此，這里位數(shù)為3的編碼中的第一個(gè)為01+1=10，然后添加1個(gè)“0”，得到100；位數(shù)為3的編碼中的第二個(gè)為100+1=101；
依次類推，可以得到如下的Huffman樹(shù)
特別提醒的是，如果中間有某個(gè)位數(shù)的編碼缺失，例如，沒(méi)有4位的編碼，則應(yīng)該在3位的編碼后面加1，添加2個(gè)“00”補(bǔ)足5位，形成下一個(gè)5位編碼。
（4） DC系數(shù)的Huffman解碼
JPEG編碼階段我們講到，DC系數(shù)是以（A,B）的中間形式進(jìn)行編碼的。其中的A代表了B的二進(jìn)制編碼位數(shù)，B則利用VLI進(jìn)行編碼。另外，88的圖像塊經(jīng)過(guò)DCT變換之后得到的88的系數(shù)矩陣，經(jīng)過(guò)Huffman編碼及RLE編碼之后，寫入編碼數(shù)據(jù)的時(shí)候，DC系數(shù)也是被寫在數(shù)據(jù)流最前面的。因此，解碼的時(shí)候，DC系數(shù)也是最先被讀取出來(lái)，假設(shè)，我們一次性讀入了若干個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。其中的第一個(gè)字節(jié)代表了DC系數(shù)的Huffman編碼，通過(guò)查找DC系數(shù)的Huffman表（亮度表或色度表），得到該Huffman編碼所在的組編號(hào)，該編號(hào)就是DC系數(shù)中間格式（A,B）中的A，也就是B的位數(shù)。例如，A=2，就代表B采用2位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。這樣一來(lái)，讀取接下來(lái)的A位二進(jìn)制數(shù)，將其譯碼為十進(jìn)制，就得到了DC系數(shù)的差值。將該差值與上一個(gè)DC系數(shù)值相加，就得到了真正的當(dāng)前DC系數(shù)的值。
（5） AC系數(shù)的Huffman解碼
處理完DC系數(shù)之后，接下來(lái)進(jìn)行AC系數(shù)的譯碼工作，顯然，這里依然需要讀取一個(gè)Huffman編碼，通過(guò)查找AC系數(shù)的Huffman編碼表，進(jìn)行解碼，我們得到(A,B)的數(shù)據(jù)對(duì)，其中的A代表了0的個(gè)數(shù)，而B(niǎo)則代表了后面數(shù)據(jù)的位數(shù)。例如，（2,3）就代表了當(dāng)前AC系數(shù)之前有2個(gè)0，下一個(gè)需要讀取的二進(jìn)制數(shù)據(jù)是3位。需要提醒的是，（0,0）代表EOB，即88塊的編碼結(jié)束。接著，讀取B位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，進(jìn)行譯碼，我們就得到了AC系數(shù)的值。如此反復(fù)循環(huán)，直到遇到EOB，或者讀取了63個(gè)AC系數(shù)，我們就完成了一個(gè)88塊的系數(shù)矩陣的譯碼工作。
（6） 反量化
在譯碼得到了88的系數(shù)矩陣之后，我們需要進(jìn)行反量化工作。該步驟，就是將前一個(gè)步驟得到的88系數(shù)矩陣分別乘以8*8的量化矩陣即可。
（7） 反Zig-zag掃描
JPEG編碼過(guò)程中，為了編碼方便，采用了Zig-zag掃描，因此，這里需要進(jìn)行反Zig-zag掃描，重新排列88的反量化系數(shù)矩陣。反Zig-zag掃描的輸入時(shí)88矩陣，輸出依然是8*8矩陣，只不過(guò)，數(shù)據(jù)的排列方式有所不同而已。
（8） DCT逆變換
DCT變換，將原始圖像變換到頻域，而DCT逆變換，就是要將數(shù)據(jù)從頻域變換回時(shí)域。
DCT逆變換的計(jì)算公式為：
DCT逆變換的公式，可以改寫為：
其中A為矩陣：
左邊為未轉(zhuǎn)秩的數(shù)據(jù)順序，右邊為轉(zhuǎn)秩之后的數(shù)據(jù)順序。
（9）顏色模式轉(zhuǎn)換
BMP圖片是以RGB顏色空間進(jìn)行保存的，因此，將JPEG解碼為BMP必須進(jìn)行顏色模式的轉(zhuǎn)換。另外，由于DCT要求的定義域?qū)ΨQ，所以，在編碼的時(shí)候?qū)GB的數(shù)值范圍從[0,255]統(tǒng)一減去128，將數(shù)值范圍轉(zhuǎn)換到[-128,127]的范圍內(nèi)。因此，解碼的時(shí)候，必須為每個(gè)顏色分量加上128。另外需要注意的是，通過(guò)解碼變換之后得到的RGB的值有可能超過(guò)255或者小于0；如果小于0，就截?cái)酁?，如果大于255，就截取為255；
