JPEG图像数据格式简明分析
[指南]JPEG格式详细内容
![[指南]JPEG格式详细内容](https://img.taocdn.com/s3/m/6591be840066f5335a8121f1.png)
[指南]JPEG格式详细内容JPEG格式详细内容科研学习 2009-05-21 11:20:09 阅读129 评论0 字号:大中小订阅 JPEG是目前静态图像中压缩比最高的,采用有损压缩,失真程度非常小,肉眼几乎无法辨认,当然也支持有损压缩,但压缩比就不能达到那么高。
JPEG被广泛应用于多媒体和网络程序中,其中HTML语言中标准的图像格式之一就是JPEG文件格式,另一种是GIF文件格式。
JPEG编码分为基于离散余弦变换的DCT有失真压缩和使用预测器无失真压缩。
按编码顺序,又分为顺序式编码(sequential encoding)和递增式编码(progressive encoding),前者是按从左到右、从上到下,后者是分次处理,从模糊到清晰的方式。
基于DCT 变换的JPEG,可分为仅能接受每像素点以8位标识的基本图像处理(Baseline Process)模式和接受每个像素点8位或12位表示的扩展图像处理(Extended Process)模式。
最常用的是基于DCT变换的顺序型基本图像处理模式(Baseline Process)。
8*8的图像经过DCT变换后,其低频分量都集中在左上角,高频分量分布在右下角。
由于低频分量包含图象的主要信息如亮度,因此,编码时我们忽略图像的高频分量,达到压缩的目的。
量化是信息损失的根源,将某一个值除以量化表中对应的值,由于量化表左上角的值较小,右上角的值较大,这样就起到了保持低频分量,抑制高频分量的目的。
JPEG使用的颜色系统是YCC系统,Y是亮度信息,CC是色调信息,对Y进行细量化,对CC粗量化,brbrbr提高压缩比。
JPEG文件大体分两部分:标记码(tag)和压缩数据。
标记码给出了图象的所有信息,如图像的宽和高,Huffman表,量化表等。
标记码的结构为:SOIDQTDRISOF0DHTSOS……EOI每个标记码都有2个字节组成,高字节固定为0xFF。
每个标记码之前可以填上个数不限的填充字节0xFF。
JPEG图像格式详解

JPEG图像格式详解JPEG压缩简介-------------1.色彩模型JPEG的图片使用的是YCrCb颜色模型,而不是计算机上最常用的RGB.关于色彩模型,这里不多阐述.只是说明,YCrCb模型更适合图形压缩.因为人眼对图片上的亮度Y的变化远比色度C的变化敏感.我们完全可以每个点保存一个8bit的亮度值,每2x2个点保存一个Cr Cb值,而图象在肉眼中的感觉不会起太大的变化.所以,原来用RGB模型,4个点需要4x3=12字节.而现在仅需要4+2=6字节;平均每个点占12bit.当然JPEG格式里允许每个点的C值都记录下来;不过MPEG里都是按12bit一个点来存放的,我们简写为YUV12.[R G B]->[Y Cb Cr]转换-------------------------(R,G,B都是8bit unsigned)|Y||0.2990.5870.114||R||0||Cb|=|-0.1687-0.33130.5|*|G|+|128||Cr||0.5-0.4187-0.0813||B||128|Y=0.299*R+0.587*G+0.114*B(亮度)Cb=-0.1687*R-0.3313*G+0.5*B+128Cr=0.5*R-0.4187*G-0.0813*B+128[Y,Cb,Cr]->[R,G,B]转换-------------------------R=Y+ 1.402*(Cr-128)G=Y-0.34414*(Cb-128)-0.71414*(Cr-128)B=Y+ 1.772*(Cb-128)一般,C值(包括Cb Cr)应该是一个有符号的数字,但这里被处理过了,方法是加上了128.JPEG里的数据都是无符号8bit的.2.DCT(离散余弦变换)JPEG里,要对数据压缩,先要做一次DCT变换.DCT变换的原理,涉及到数学知识,这里我们不必深究.反正和傅立叶变换(学过高数的都知道)是差不多了.经过个点为一个单位处理的.所以如果原始图片的长宽不是8的倍数,都需要先补成8的倍数,好一块块的处理.另外,记得刚才我说的Cr Cb都是2x2记录一次吗?所以大多数情况,是要补成16x16的整数块.按从左到右,从上到下的次序排列(和我们写字的次序一样).JPEG里是对Y Cr Cb分别做DCT变换的.这里进行DCT变换的Y,Cr,Cb值的范围都是-128~127.(Y被减去128)JPEG编码时使用的是Forward DCT(FDCT)解码时使用的Inverse DCT(IDCT)下面给出公式:FDCT:772*x+12*y+1F(u,v)=alpha(u)*alpha(v)*sum sum f(x,y)*cos(-------*u*PI)*cos(------*v*PI)x=0y=01616u,v=0,1,...,7{1/sqrt(8)(u==0)alpha(u)={{1/2(u!=0)IDCT:772*x+12*y+1f(x,y)=sum sum alpha(u)*alpha(v)*F(u,v)*cos(-------*u*PI)*cos(------*v*PI) u=0v=01616x,y=0,1 (7)这个步骤很花时间,另外有种AA&N优化算法,大家可以去inet自己找一下.在Intel主页上可以找到AA&N IDCT的MMX优化代码.(Intel主页上的代码,输入数据为12.4的定点数,输入矩阵需要转置90度)3.重排列DCT结果DCT将一个8x8的数组变换成另一个8x8的数组.但是内存里所有数据都是线形存放的,如果我们一行行的存放这64个数字,每行的结尾的点和下行开始的点就没有什么关系,所以JPEG规定按如下次序整理64个数字.0,1,5,6,14,15,27,28,2,4,7,13,16,26,29,42,3,8,12,17,25,30,41,43,9,11,18,24,31,40,44,53,10,19,23,32,39,45,52,54,20,22,33,38,46,51,55,60,35,36,48,49,57,58,62,63这样数列里的相邻点在图片上也是相邻的了.4.量化对于前面得到的64个空间频率振幅值,我们将对它们作幅度分层量化操作.方法就是分别除以量化表里对应值并四舍五入.for(i=0;i<=63;i++)vector[i]=(int)(vector[i]/quantization_table[i]+0.5)下面有张JPEG标准量化表.(按上面同样的弯曲次序排列)1611101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399这张表依据心理视觉阀制作,对8bit的亮度和色度的图象的处理效果不错.当然我们可以使用任意的量化表.量化表是定义在jpeg的DQT标记后.一般为Y值定义一个,为C值定义一个.量化表是控制JPEG压缩比的关键.这个步骤除掉了一些高频量,损失了很高细节.但事实上人眼对高空间频率远没有低频敏感.所以处理后的视觉损失很小.另一个重要原因是所有的图片的点与点之间会有一个色彩过渡的过程.大量的图象信息被包含在低空间频率中.经过量化处理后,在高空间频率段,将出现大量连续的零.注意,量化后的数据有可能超过2byte有符号整数的处理范围.5.0RLE编码现在我们矢量中有许多连续的0.我们可以使用RLE来压缩掉这些0.这里我们将跳过第一个矢量(后面将解释为什么)因为它的编码比较特别.假设有一组矢量(64个的后63个)是57,45,0,0,0,0,23,0,-30,-16,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,..,0经过RLE压缩后就是(0,57);(0,45);(4,23);(1,-30);(0,-16);(2,1);EOBEOB是一个结束标记,表示后面都是0了.实际上,我们用(0,0)表示EOB但是,如果这组数字不以0结束,那么就不需要EOB.另外需要注意的是,由于后面huffman编码的要求,每组数字前一个表示0的数量的必须是4bit,就是说,只能是0~15,所以,如果有这么一组数字:我们实际这样编码:(0,57);(15,0)(2,3);(4,2);(15,0)(15,0)(1,895),(0,0)注意(15,0)表示了16个连续的0.6.huffman编码为了提高储存效率,JPEG里并不直接保存数值,而是将数值按位数分成16组:数值组实际保存值00--1,110,1-3,-2,2,3200,01,10,11-7,-6,-5,-4,4,5,6,73000,001,010,011,100,101,110,111 -15,..,-8,8,..,1540000,..,0111,1000,..,1111-31,..,-16,16,..,31500000,..,01111,10000,..,11111-63,..,-32,32,..,636.-127,..,-64,64,..,1277.-255,..,-128,128,..,2558.-511,..,-256,256,..,5119.-1023,..,-512,512,..,102310.-2047,..,-1024,1024,..,204711.-4095,..,-2048,2048,..,409512.-8191,..,-4096,4096,..,819113.-16383,..,-8192,8192,..,1638314.-32767,..,-16384,16384,..,3276715.还是来看前面的例子:(0,57);(0,45);(4,23);(1,-30);(0,-8);(2,1);(0,0)只处理每对数右边的那个:57是第6组的,实际保存值为111001,所以被编码为(6,111001)45,同样的操作,编码为(6,101101)23->(5,10111)-30->(5,00001)-8->(4,0111)1->(1,1)前面的那串数字就变成了:(0,6),111001;(0,6),101101;(4,5),10111;(1,5),00001;(0,4),0111;(2,1),1;(0,0)括号里的数值正好合成一个字节.后面被编码的数字表示范围是-32767..32767.合成的字节里,高4位是前续0的个数,低4位描述了后面数字的位数.继续刚才的例子,如果06的huffman编码为111000(06对应111000为查表所得.对应成1~16bits的不定长数值.出现频率高的数字小于8bits,频率低的大于8bits,从而使整个的数据长度降低,关于huffman压缩算法,请查阅相关资料)69=(4,5)---1111111110011001(注:69=4*16+5=0x45)21=(1,5)---111111101104=(0,4)---101133=(2,1)---110110=EOB=(0,0)---1010那么最后对于前面的例子表示的63个系数(记得我们将第一个跳过了吗?)按位流写入JPG文件中就是这样的: 1110001110011110001011011111111110011001101111111111011000001 1011011111011110107.DC的编码-----------记得刚才我们跳过了每组64个数据的第一个吧,DC就是指的这个数字(后面63个简称AC)代入前面的FDCT公式可以得到c(0,0)77DC=F(0,0)=---------*sum sum f(x,y)*cos0*cos0其中c(0,0)=1/24x=0y=0177=---*sum sum f(x,y)8x=0y=0即一块图象样本的平均值.就是说,它包含了原始8x8图象块里的很多能量.(通常会得到一个很大的数值)JPEG的作者指出连续块的DC率之间有很紧密的联系,因此他们决定对8x8块的DC值的差别进行编码.(Y,Cb,Cr分别有自己的DC)Diff=DC(i)-DC(i-1)所以这一块的DC(i)就是:DC(i)=DC(i-1)+DiffJPG从0开始对DC编码,所以DC(0)=0.然后再将当前Diff值加在上一个值上得到当前值.下面再来看看上面那个例子:(记住我们保存的DC是和上一块DC的差值Diff)例如上面例子中,Diff是-511,就编码成如果9的Huffman编码是1111110(在JPG文件中,一般有两个Huffman表,一个是DC用,一个是AC用)那么在JPG文件中,DC的2进制表示为1111110000000000它将放在63个AC的前面,上面上个例子的最终BIT流如下:1111110000000000111000111001111000101101111111111001100110111 1111111011000001101101111101111010解码过程简述-------------8.一个数据单元Y的解码(其余类同)--------------------------------在整个图片解码的开始,你需要先初始化DC值为0.1)先解码DC:a)取得一个Huffman码(使用Huffman DC表)b)Huffman解码,看看后面的数据位数Nc)取得N位,计算Diff值d)DC+=Diffe)写入DC值:"vector[0]=DC"2)解码63个AC:-------循环处理每个AC直到EOB或者处理到64个ACa)取得一个Huffman码(使用Huffman AC表)b)Huffman解码,得到(前面0数量,组号)[记住:如果是(0,0)就是EOB了]c)取得N位(组号)计算ACd)写入相应数量的0e)接下来写入AC-----------------下一步的解码------------上一步我们得到了64个矢量.下面我们还需要做一些解码工作:2)重排列64个矢量到8x8的块中3)对8x8的块作IDCT对8x8块的(Y,Cb,Cr)重复上面的操作[Huffman解码,步骤1),2),3)]4)将所有的8bit数加上1285)转换YCbCr到RGB9.JPG文件(Byte级)里怎样组织图片信息-----------------------------------注意JPEG/JFIF文件格式使用Motorola格式,而不是Intel格式,就是说,如果是一个字的话,高字节在前,低字节在后.JPG文件是由一个个段(segments)构成的.每个段长度<=65535.每个段从一个标记字开始.标记字都是0xff打头的,以非0字节和0xFF结束.例如'FFDA','FFC4','FFC0'.每个标记有它特定意义,这是由第2字节指明的.例如,SOS(Start Of Scan='FFDA')指明了你应该开始解码.另一个标记DQT(Define Quantization Table=0xFFDB)就是说它后面有64字节的quantization表在处理JPG文件时,如果你碰到一个0xFF,而它后面的字节不是0,并且这个字节没有意义.那么你遇到的0xFF字节必须被忽略.(一些JPG里,常用用0xFF做某些填充用途)如果你在做huffman编码时碰巧产生了一个0xFF,那么就用0xFF0x00代替.就是说在jpeg图形解码时碰到FF00就把它当作FF处理.另外在huffman编码区域结束时,碰到几个bit没有用的时候,应该用1去填充.然后后面跟FF.下面是几个重要的标记--------------------SOI=Start Of Image='FFD8'这个标记只在文件开始出现一次EOI=End Of Image='FFD9'JPG文件都以FFD9结束RSTi=FFDi(i=0..7)[RST0=FFD0,RST7=FFD7]=复位标记通常穿插在数据流里,我想是担心JPG解码出问题吧(应该配合DRI使用).RST将Huffman的解码数据流复位.DC也重新从0开始计(SOS---RST0---RST1--RST2--......--RST6---RST7--RST0--...)10.标记-------下面是必须处理的标记SOF0=Start Of Frame0=FFC0SOS=Start Of Scan=FFDAAPP0=it's the marker used to identify a JPG file which uses the JFIF specification=FFE0COM=Comment=FFFEDNL=Define Number of Lines=FFDCDRI=Define Restart Interval=FFDDDQT=Define Quantization Table=FFDBDHT=Define Huffman Table=FFC411.JPG文件中Haffman表的储存-----------------------------JPEG里定义了一张表来描述Haffman树.定义在DHT标记后面.注意:Haffman代码的长度限制在16bit内.一般一个JPG文件里会有2类Haffman表:一个用于DC一个用于AC(实际有4个表,亮度的DC,AC两个,色度的DC,AC两个)这张表是这样保存的:1)16字节:第i字节表示了i位长的Huffman代码的个数(i=1到16)2)这表的长度(字节数)=这16个数字之和现在你可以想象这张表怎么存放的吧?对应字节就是对应Haffman代码等价数字.我不多解释,这需要你先了解Haffman算法.这里只举一个例子:Haffman表的表头是0,2,3,1,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0就是说长度为1的代码没有长度为2的代码为0001长度为3的代码是100101110长度为4的代码是1110长度为5的代码是11110长度为6的代码是111110长度为7的代码没有(如果有一个的话应该是1111110)长度为8的代码是11111100.....如果表下面的数据是4557291723253428就是说45=0057=0129=10017=10123=110等等...如果你懂Haffman编码,这些不难理解12.采样系数-----------下面讲解的都是真彩JPG的解码,灰度JPG的解码很简单,因为图形中只有亮度信息.而彩色图形由(Y,Cr,Cb)构成,前面提到过,Y通常是每点采样一次,而Cr, Cb一般是2x2点采样一次,当然也有的JPG是逐点采样,或者每两点采样(横向两点,纵向一点)采样系数均被定义成对比最高采样系数的相对值.一般情况(即:Y逐点采样,Cr Cb每2x2点一次)下:Y有最高的采样率,横向采样系数HY=2纵向采样系数VY=2;Cb的横向采样系数HCb=1,纵向采样系数VCb=1;同样HCr=1,VCr=1在Jpeg里,8x8个原始数据,经过RLE,Huffman编码后的一串数据流称为一个Data Unit(DU)JPG里按DU为单位的编码次序如下:1)for(counter_y=1;counter_y<=VY;counter_y++)for(counter_x=1;counter_x<=HY;counter_x++){对Y的Data Unit编码}2)for(counter_y=1;counter_y<=VCb;counter_y++)for(counter_x=1;counter_x<=HCb;counter_x++){对Cb的Data Unit编码}3)for(counter_y=1;counter_y<=VCr;counter_y++)for(counter_x=1;counter_x<=HCr;counter_x++){对Cr的Data Unit编码}按我上面的例子:(HY=2,VY=2;HCb=VCb=1,HCr,VCr=1)就是这样一个次序YDU,YDU,YDU,YDU,CbDU,CrDU这些就描述了一块16x16的图形.16x16=(Hmax*8x Vmax*8)这里Hmax=HY=2一个(Hmax*8,Vmax*8)的块被称作MCU(Minimun Coded Unix)前面例子中一个MCU=YDU,YDU,YDU,YDU,CbDU,CrDU如果HY=1,VY=1HCb=1,VCb=1HCr=1,VCr=1这样(Hmax=1,Vmax=1),MCU只有8x8大,MCU=YDU,CbDU,CrDU对于灰度JPG,MCU只有一个DU(MCU=YDU)JPG文件里,图象的每个组成部分的采样系数定义在SOF0(FFC0)标记后13.简单说一下JPG文件的解码-------------------------解码程序先从JPG文件中读出采样系数,这样就知道了MCU的大小,算出整个图象有几个MCU.解码程序再循环逐个对MCU解码,一直到检查到EOI标记.对于每个MCU,按正规的次序解出每个DU,然后组合,转换成(R,G,B)就OK了附:JPEG文件格式~~~~~~~~~~~~~~~~-文件头(2bytes):$ff,$d8(SOI)(JPEG文件标识)-任意数量的段,见后面-文件结束(2bytes):$ff,$d9(EOI)段的格式:~~~~~~~~~-header(4bytes):$ff段标识n段的类型(1byte)sh,sl该段长度,包括这两个字节,但是不包括前面的$ff和n.注意:长度不是intel次序,而是Motorola的,高字节在前,低字节在后!-该段的内容,最多65533字节注意:-有一些无参数的段(下面那些前面注明星号的)这些段没有长度描述(而且没有内容),只有$ff和类型字节.-段之间无论有多少$ff都是合法的,必须被忽略掉.段的类型:*TEM=$01可以忽略掉SOF0=$c0帧开始(baseline JPEG),细节附后SOF1=$c1ditoSOF2=$c2通常不支持SOF3=$c3通常不支持SOF5=$c5通常不支持SOF6=$c6通常不支持SOF7=$c7通常不支持SOF9=$c9arithmetic编码(Huffman的一种扩展算法),通常不支持SOF10=$ca通常不支持SOF11=$cb通常不支持SOF13=$cd通常不支持SOF14=$ce通常不支持SOF14=$ce通常不支持SOF15=$cf通常不支持DHT=$c4定义Huffman Table,细节附后JPG=$c8未定义/保留(引起解码错误)DAC=$cc定义Arithmetic Table,通常不支持*RST0=$d0RSTn用于resync,通常被忽略*RST1=$d1*RST2=$d2*RST3=$d3*RST4=$d4*RST5=$d5*RST6=$d6*RST7=$d7SOI=$d8图片开始EOI=$d9图片结束SOS=$da扫描行开始,细节附后DQT=$db定义Quantization Table,细节附后DNL=$dc通常不支持,忽略DRI=$dd定义重新开始间隔,细节附后DHP=$de忽略(跳过)EXP=$df忽略(跳过)APP0=$e0JFIF APP0segment marker(细节略)APP15=$ef忽略JPG0=$f0忽略(跳过)JPG13=$fd忽略(跳过)COM=$fe注释,细节附后其它的段类型都保留必须跳过SOF0:Start Of Frame0:~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-$ff,$c0(SOF0)-长度(高字节,低字节),8+components*3-数据精度(1byte)每个样本位数,通常是8(大多数软件不支持12和16) -图片高度(高字节,低字节),如果不支持DNL就必须>0-图片宽度(高字节,低字节),如果不支持DNL就必须>0-components数量(1byte),灰度图是1,YCbCr/YIQ彩色图是3,CMYK彩色图是4-每个component:3bytes-component id(1=Y,2=Cb,3=Cr,4=I,5=Q)-采样系数(bit0-3vert.,4-7hor.)-quantization table号DRI:Define Restart Interval:~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-$ff,$dd(DRI)-长度(高字节,低字节),必须是4-MCU块的单元中的重新开始间隔(高字节,低字节),意思是说,每n个MCU块就有一个RSTn标记.第一个标记是RST0,然后是RST1等,RST7后再从RST0重复DQT:Define Quantization Table:~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-$ff,$db(DQT)-长度(高字节,低字节)-QT信息(1byte):bit0..3:QT号(0..3,否则错误)bit 4..7:QT精度,0=8bit,否则16bit-n字节的QT,n=64*(精度+1)备注:-一个单独的DQT段可以包含多个QT,每个都有自己的信息字节-当精度=1(16bit),每个字都是高位在前低位在后DAC:Define Arithmetic Table:~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~法律原因,现在的软件不支持arithmetic编码.不能生产使用arithmetic编码的JPEG文件DHT:Define Huffman Table:~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-$ff,$c4(DHT)-长度(高字节,低字节)-HT信息(1byte):bit0..3:HT号(0..3,否则错误)bit4:HT类型,0=DC table,1=AC tablebit 5..7:必须是0-16bytes:长度是 1..16代码的符号数.这16个数的和应该<=256 -n bytes:一个包含了按递增次序代码长度排列的符号表(n=代码总数)备注:-一个单独的DHT段可以包含多个HT,每个都有自己的信息字节COM:注释:~~~~~~~~~~-$ff,$fe(COM)-注释长度(高字节,低字节)=L+2-注释为长度为L的字符流SOS:Start Of Scan:~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-$ff,$da(SOS)-长度(高字节,低字节),必须是6+2*(扫描行内组件的数量)-扫描行内组件的数量(1byte),必须>=1,<=4(否则是错的)通常是3 -每个组件:2bytes-component id(1=Y,2=Cb,3=Cr,4=I,5=Q),见SOF0-使用的Huffman表:-bit0..3:AC table(0..3)-bit 4..7:DC table(0..3)-忽略3bytes(???)备注:-图片数据(一个个扫描行)紧接着SOS段.。
jpeg文件格式标准

jpeg文件格式标准摘要:本文介绍了JPEG文件格式标准的基本知识,包括其历史背景、文件结构、压缩算法以及应用领域。
通过深入理解JPEG文件格式标准,读者可以更好地掌握该标准的使用和应用。
1. 简介JPEG,全称为Joint Photographic Experts Group,是一种常用的图像压缩格式。
该格式广泛应用于数字摄影、图像处理、图像存储等领域。
通过对图像进行有损压缩,JPEG可以在保持图片质量的同时减小文件大小,提高传输和存储的效率。
2. 历史背景JPEG文件格式标准最早于1992年发布。
它是由以同名组织命名的Joint Photographic Experts Group制定的。
该标准的制定旨在寻找一种通用的图像压缩方法,以适应当时数字图像处理领域的发展需求。
3. 文件结构JPEG文件由多个部分组成,其中最重要的是图像数据和文件头。
3.1 文件头JPEG文件头以SOI(Start of Image)标记开始,用于标识该文件是一个JPEG图像。
紧接着是APP(Application Segment)标记,用于存储一些可选信息,如图像的创建软件、版本等。
3.2 图像数据JPEG文件中的图像数据以帧(Frame)的形式存在。
一个JPEG文件可以包含多个帧,每个帧可以包含多个扫描(Scan)。
每个扫描由若干个组成,每个组包含了一组相邻的像素。
4. 压缩算法JPEG文件格式通过压缩算法实现对图像的有损压缩。
JPEG压缩算法主要包含两个过程:离散余弦变换(DCT)和量化。
4.1 离散余弦变换(DCT)DCT是一种常用的信号处理技术,用于将时域信号变换为频域信号。
在JPEG压缩中,DCT被用于将原始图像信号转换为一组频谱系数。
4.2 量化量化是JPEG压缩中的另一个重要步骤,它将DCT变换后的频谱系数进行量化处理。
通过设定不同的量化表,可以实现不同程度的压缩效果。
5. 应用领域JPEG文件格式在众多领域都有广泛应用,特别是数字摄影、图像处理和图像存储等方面。
JPG文件结构分析

JPG文件结构分析JPG(Joint Photographic Experts Group)是一种常见的图像文件格式,以其高压缩比和图像质量而闻名。
在本文中,将对JPG文件的结构进行分析。
1.文件头:JPG文件头部包含固定的标识符,用于识别文件类型。
通常,JPG文件的文件头为16个字节,其中包括"FFD8"的起始标志。
2.数据段:JPG文件的数据段是由多个标记组成的。
每个标记都由两个字节的起始标志"FF"和一个标记标识符组成。
标记标识符指示了将要跟随的数据类型或操作。
数据段中常见的标记包括APP0、DQT、SOF0、DHT、SOS等。
其中,APP0标记包含一些额外的信息,如JFIF(JPEG文件交换格式)版本号和文件创作的设备。
DQT(量化表定义)标记包含了量化表,这些表用于调整图像的颜色分辨率。
SOF0(帧头)标记包含了图像的宽度、高度以及色彩模式等信息。
DHT(霍夫曼表定义)标记包含了JPEG压缩算法所使用的霍夫曼编码表。
SOS(扫描开始)标记表示图像的实际数据开始。
3.图像数据:JPG文件的图像数据是压缩后的二进制流。
图像数据通常由几个扫描组成,每个扫描都由一个起始标记和相应的数据组成。
扫描包含的数据进行了特殊的编码处理,以实现高压缩比。
压缩算法主要包括离散余弦变换和霍夫曼编码。
在离散余弦变换中,图像被划分成8x8的块,每个块进行离散余弦变换,然后进行量化。
量化后的数据通过霍夫曼编码进行压缩。
4.文件尾:JPG文件尾部由一个16位的结束标记"FFD9"组成,用于表示图像数据的结束。
在JPG文件结构中,数据段是最重要的部分。
它包含了图像的所有信息,包括压缩参数、颜色信息和压缩后的图像数据。
图像数据经过JPEG压缩算法,可以有效地减小文件大小,并保持较高的图像质量。
总结起来,JPG文件的结构包括文件头、数据段、图像数据和文件尾。
数据段是JPG文件最重要的部分,包含了图像的所有信息和压缩后的图像数据。
JPEG文件格式简单分析.

摘要:这篇文章大体上介绍了JPEG文件的结构信息以及它的压缩算法和编码方式。
使读者能够对JPEG文件格式有大体上的了解。
为读者进一步进行学习JPEG文件压缩做好准备关键字:十六进制,段格式,编码一、JPEG文件格式概述:图像和动画的存储方式是一个很重要的问题。
幸好我们有了数据压缩,有了JPEG等多种压缩存储图像的文件格式,我们今天才能够拿着小小的一个存储器,却存上许多张色彩鲜艳的图片。
如果没有图像压缩算法,也许我们的多媒体时代就会晚到来许多年。
JPEG图像存储格式一个比较成熟的图像有损压缩格式,虽然一个图片经过转化为JPEG图像后,一些数据会丢失,但是,人眼是很不容易分辨出来这种差别的。
也就是说,JPEG图像存储格式既满足了人眼对色彩和分辨率的要求,又适当的去除了图像中很难被人眼所分辨出的色彩,在图像的清晰与大小中JPEG找到了一个很好的平衡点。
虽然图像转化为JPEG格式会减小很多,但是并不是文件就变得简单了,相反,JPEG文件的格式是比较复杂的。
不经过认真地分析,是不容易弄懂它的。
二、JPEG文件的存储方式:JPEG文件的格式是分为一个一个的段来存储的(但并不是全部都是段),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。
JPEG文件的每个段都一定包含两部分一个是段的标识,它由两个字节构成:第一个字节是十六进制0xFF,第二个字节对于不同的段,这个值是不同的。
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)。
注意:这个长度的表示方法是按照高位在前,低位在后的,与Intel的表示方法不同。
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。
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。
jpg格式举例详解

jpg格式举例详解JPEG⽂件数据结构以及将位图保存为JPG的代码⼀、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。
jpeg文件格式标准

jpeg文件格式标准JPEG(Joint Photographic Experts Group)是一种常用的图像压缩标准,用于压缩数字图像。
下面是JPEG文件格式的详细标准:1. 文件头(File Header):- SOI(Start of Image):2个字节,固定值为0xFFD8,表示图像文件的开始。
- APP0(Application Segment 0):2个字节,固定值为0xFFE0,用于存储应用程序特定的信息,如JFIF(JPEG File Interchange Format)版本号等。
2. 图像信息(Image Information):- APP1(Application Segment 1):2个字节,固定值为0xFFE1,用于存储应用程序特定的信息,如Exif (Exchangeable Image File Format)数据等。
- DQT(Define Quantization Table):2个字节,固定值为0xFFDB,用于定义量化表。
- SOF0(Start of Frame 0):2个字节,固定值为0xFFC0,用于定义基线(baseline)DCT压缩的图像帧。
- DHT(Define Huffman Table):2个字节,固定值为0xFFC4,用于定义霍夫曼表。
- SOS(Start of Scan):2个字节,固定值为0xFFDA,用于指定扫描的开始。
3. 数据段(Data Segments):- RSTn(Restart Marker):2个字节,固定值为0xFFD0到0xFFD7,用于标记数据的重启点。
- DRI(Define Restart Interval):2个字节,固定值为0xFFDD,用于定义重启间隔。
- 压缩数据:包含压缩后的图像数据,使用基于DCT (Discrete Cosine Transform)的压缩算法。
4. 文件尾(File Footer):- EOI(End of Image):2个字节,固定值为0xFFD9,表示图像文件的结束。
JPG图片文件结构分析.docx

JPG文件结构分析2010-04-06 22:32【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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
JPEG图像数据格式简明分析JPEG,全称Joint Photographic Experts Group,是一种被全球广泛使用的图像数据格式。
自1992年诞生以来,JPEG凭借其出色的压缩算法和广泛的兼容性,成为图像处理、计算机视觉和Web应用等领域的重要支柱。
在本文中,我们将深入探讨JPEG图像数据格式的定义、特点、组成结构、压缩算法、优缺点以及应用实例。
JPEG图像数据格式是一种基于DCT(离散余弦变换)和量化的有损压缩格式。
它通过将图像转换为YCbCr颜色空间,并选择性地对色度分量进行压缩,以实现更高的压缩比。
JPEG格式支持多种位深和色彩空间,包括灰度、RGB和CMYK等,广泛应用于照片、艺术作品和科学数据等图像数据的存储和传输。
JPEG图像数据格式的组成结构包括三个主要部分:头部、图像部分和尾部。
头部包含关于图像的一些基本信息,如文件号、量化表、色彩空间等。
图像部分是实际的图像数据,包括经DCT变换和量化的像素值。
尾部包含一些附加信息,如压缩方法、图像大小等。
JPEG图像数据格式采用了基于DCT的压缩算法。
该算法分为两个主要步骤:将图像数据从RGB颜色空间转换为YCbCr颜色空间,并将色度分量进行离散余弦变换(DCT)。
然后,使用量化表对DCT变换后的数据进行量化,以减少数据量。
在量化过程中,一些高频分量被近似为零,从而实现了数据压缩。
值得注意的是,JPEG算法在压缩过程中会损失一些图像细节,这是其有损压缩的特点。
JPEG图像数据格式的优点主要表现在以下几个方面:高压缩比:通过使用DCT和量化技术,JPEG能够在保证图像质量的同时实现较高的压缩比。
兼容性强:JPEG格式被广泛支持,各种软件和设备都具备读取和写入JPEG图像的功能。
支持多种色彩空间:JPEG格式支持多种色彩空间,从灰度图像到彩色图像,从RGB到CMYK,适用于各种应用场景。
然而,JPEG图像数据格式也存在一些缺点:损失细节:由于JPEG采用有损压缩方式,因此在压缩过程中会损失一些图像细节。
尽管这些细节在大多数情况下不会影响图像的整体质量,但在一些需要高质量图像的应用中,如医学影像或科学数据分析等,可能会产生问题。
速度较慢:JPEG压缩算法相对复杂,导致其处理和渲染速度相对较慢。
在需要快速处理大量图像数据的情况下,如实时图像传输或在线编辑等,可能会成为瓶颈。
JPEG图像数据格式在实际生活和工作中的应用非常广泛。
例如:图像处理:JPEG广泛应用于图像处理领域,如调整大小、裁剪、旋转等。
大多数图像处理软件都支持JPEG格式,使其成为进行图像处理的理想选择。
数字摄影:JPEG成为数字摄影领域最流行的图像格式之一。
从手机摄像头到专业数码相机,JPEG格式被广泛用于存储和分享照片。
网络传输:由于JPEG具有较小的文件大小和广泛的兼容性,它成为在网络上传输图像数据的首选格式。
例如,在网页设计中,JPEG格式通常用于显示图片和背景。
科学数据可视化:在地球科学、生物医学等领域,JPEG被用于可视化复杂的科学数据。
这些领域的专家可以使用JPEG来存储和展示他们的大量数据集。
JPEG图像数据格式凭借其高压缩比、兼容性强和适用范围广等优点,成为图像处理、数字摄影、网络传输和科学数据可视化等领域的首选格式。
然而,我们也应意识到其存在的损失细节和速度较慢等缺点。
未来,随着技术的不断发展和新的图像格式的出现,JPEG可能会面临挑战。
但就目前而言,JPEG仍然是图像处理和存储领域的重要支柱。
随着科技的不断发展,遥感技术已经成为了获取地球表面信息的重要手段。
而在众多遥感数据格式中,MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)遥感数据格式凭借其独特的特点和广泛的应用,成为了国内外遥感领域的热点。
本文将对MODIS遥感数据格式进行综合分析,并介绍其使用方法。
MODIS是搭载在NASA的Terra和EO-1卫星上的中分辨率成像光谱仪,其数据产品包括了地球表面信息、大气信息等。
MODIS遥感数据格式主要分为HDF-EOS和GeoTIFF两种,其中HDF-EOS是二进制的文件格式,而GeoTIFF是一种基于TIFF的图片格式。
MOD02:这是MODIS 1 m分辨率的全球地表覆盖和辐射平衡产品,包括了可见光、近红外和热红外波段的观测数据。
MOD03:这是MODIS 8 m分辨率的全色和多光谱图像产品,常用于土地覆盖类型分类和植被识别。
MOD06:这是MODIS气溶胶产品,包括了对流层和平流层气溶胶散射系数等数据。
数据预处理:包括对原始数据进行辐射定标、大气校正、地理编码等处理,以便获取地表的真实信息。
数据融合:将不同时间、不同角度、不同分辨率的数据进行融合,提高数据的时空分辨率和精度。
数据分析与挖掘:利用MODIS数据进行土地利用/土地覆盖分类、植被指数计算、气候变化监测等分析和挖掘任务。
例如,利用MOD03数据可以识别出不同的植被类型,包括森林、草原、湿地等,为生态保护和资源管理提供依据。
案例分析:利用MODIS遥感数据进行地质灾害评估和监测地质灾害是指由自然因素或人类活动引起的地质环境破坏现象,如地震、滑坡、泥石流等。
利用MODIS遥感数据可以对地质灾害进行评估和监测,提高灾害防控能力。
例如,通过观察MODIS数据的土地覆盖类型和植被指数等信息,可以判断一个地区的地质环境稳定性,预测可能发生的地质灾害类型和风险等级。
在灾害发生后,可以利用MODIS 数据进行灾情监测和损失评估,为抢险救灾提供决策支持。
MODIS遥感数据格式作为一种中分辨率成像光谱仪数据,具有广泛的应用前景。
其多种数据产品和数据处理方式,为地球表面信息获取和气候变化监测等提供了重要的数据支持和技术手段。
在未来的发展中,随着遥感技术的不断进步和应用需求的增长,MODIS遥感数据格式将会继续发挥重要作用,并不断发展和完善。
因此,掌握MODIS遥感数据格式及其使用方法对于从事遥感工作的专业人士具有重要的实际意义和应用价值。
面板数据单位根检验是经济学和统计学中的一种重要方法,用于检验时间序列数据的平稳性。
本文将介绍一种基于蒙特卡洛实验的面板数据单位根检验方法,并给出具体的实验步骤和结果分析。
关键词:面板数据单位根检验、蒙特卡洛实验、平稳性检验在经济学和金融学中,时间序列数据的平稳性是一个重要的统计性质。
面板数据单位根检验是检验时间序列数据平稳性的有效方法之一。
传统的单位根检验方法有ADF检验、PP检验和KPSS检验等,但这些方法在面对面板数据时存在着一定的局限性。
因此,本文将介绍一种基于蒙特卡洛实验的面板数据单位根检验方法,以解决传统方法在面对面板数据时的问题。
蒙特卡洛实验是一种基于随机数生成的模拟实验方法,常用于统计学、经济学和其他领域。
在面板数据单位根检验中,蒙特卡洛实验可以用来评估检验统计量的抽样分布,从而得到更准确的检验结果。
我们需要明确本文的主题和内容。
本文旨在介绍一种基于蒙特卡洛实验的面板数据单位根检验方法,包括实验设计、实验步骤和结果分析等方面的内容。
我们需要了解单位根检验的概念和重要性。
单位根检验是检验时间序列数据平稳性的有效方法之一。
对于一个非平稳的时间序列数据,通过单位根检验可以判断其是否存在单位根,从而进一步判断其是否可以通过差分或其他变换转化为平稳时间序列。
在经济学和金融学中,单位根检验的应用非常广泛,可以用于预测模型、时间序列分析和因果关系检验等方面。
接下来是本文的重点内容——基于蒙特卡洛实验的面板数据单位根检验方法的具体实现过程。
首先需要明确实验的设计思路和实验方案。
在实验方案中,我们需要选择合适的参数和方法生成模拟数据,并应用单位根检验方法对模拟数据进行检验。
同时,为了更准确地对检验结果进行分析,我们还需要应用bootstrap方法来估计检验统计量的抽样分布。
具体的实验流程如下:根据研究问题选择合适的面板数据集进行模拟。
根据模拟数据集的特点,选择合适的参数生成模拟数据。
应用单位根检验方法对模拟数据进行检验,并将结果记录下来。
重复以上步骤多次,得到足够多的模拟数据和检验结果。
应用bootstrap方法对所有的检验结果进行统计分析,得出结论。
在选择模拟数据的参数时,需要根据实际情况进行选择,以保证模拟数据的实用性和可靠性。
在应用单位根检验方法时,需要根据数据的特点和研究问题选择合适的方法,以保证检验的准确性和可信度。
在重复实验时,需要保证每次实验的数据生成和检验过程都是独立的,以保证所有模拟数据的随机性和独立性。
实验完成后,我们需要对所得数据进行单位根检验,并对结果进行详细分析和解释。
具体来说,我们需要比较模拟数据和实际数据的单位根检验结果,分析它们的差异和原因,从而得出结论和建议。
通过本文的介绍,我们可以看到基于蒙特卡洛实验的面板数据单位根检验方法具有实用性和可靠性。
该方法不仅可以解决传统方法在面对面板数据时的局限性,还可以通过模拟实验对检验统计量的抽样分布进行评估和校准,从而提高检验的准确性和可信度。
在未来的研究中,我们可以进一步探讨该方法在其他领域中的应用拓展,为相关研究提供更多的参考和借鉴。
近年来,美国国会图书馆MARC21书目数据格式发生了一些重要变化,这些变化对于全球图书馆界都有着重要的影响。
我国西文编目工具书机读目录格式也面临修订的问题。
本文将就这两个话题进行探讨,分析其重要性和影响,并提出一些建议。
美国国会图书馆MARC21书目数据格式的重要变化MARC21,全称为Machine-Readable Cataloging,是国际通用的书目数据格式之一。
近年来,美国国会图书馆对其进行了重要的更新和调整。
这些变化主要涉及以下几个方面:数据格式的更新:MARC21书目数据格式的更新主要涉及对一些字段的重新定义和扩展。
例如,字段500被重新定义为“题名”,以更好地反映图书的真实名称。
同时,字段856被扩展为“电子资源定位”,以便更好地收录和标识电子图书。
数据元素的增加:MARC21书目数据格式增加了一些新的数据元素,如字段956和字段967等。
这些新字段主要用于标识图书的其他属性,如所属系列、相关资源链接等,以提供更丰富的信息。
数据质量的提升:美国国会图书馆致力于提高MARC21书目数据的质量。
通过制定更加严格的数据标准,减少错误和不一致性,使数据更加准确可靠,提高书目数据的互操作性和共享性。
面对美国国会图书馆MARC21书目数据格式的重要变化,我国西文编目工具书机读目录格式也需要进行相应的修订。
以下是几点建议:更新字段定义:我国西文编目工具书机读目录格式应跟随MARC21的更新,对字段进行重新定义和解释。
要确保字段定义的准确性和一致性,以避免歧义和误解。