JPEG：‎是一种使用有损压缩方法保存的图像格式。作为压缩的结果，输出图像是存储大小和图像质量之间的权衡。用户可以调整压缩级别以达到所需的质量级别，同时减小存储大小。如果对图像应用 10：1 压缩，图像质量的影响可以忽略不计。压缩值越高，图像质量下降越高。‎

JPEG压缩步骤

转换：将RGB格式的无压缩图片转换为YUV（亮度/色度）图片
降采样：对色度信息降采样，对亮度信息不做改变，可以减少色度信息的体积。（大面积着色原理）
分块：如果行数或列数不是 8 的倍数，则每个颜色分量的像素按称为"数据单位"的 8×2 像素组进行组织，底部行和最右侧列重复。‎
DCT变换：对每个分块做DCT变换，每个分块最终得到一个8x8的数据块
量化：将变数据的值（浮点数）除以一个量化系数（QC），然后舍入为整数。
编码：对每个数据块使用游程编码（RLE）和Huffman编码
添加文件头

JPEG文件结构

JPEG文件内部使用分段的格式存储，每个分段的开始都是0xff，0xff后紧跟分段的标志，下面是各种分段对应的标志和分段的作用。

其中，带有载荷（Payload）的分段的载荷有特定的格式。

JPEG格式解析

一段C语言程序，能够将文件的各个段解析出来，直到遇到SOS段。

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include<math.h>
#include<string.h>typedef unsigned char byte;
typedef struct _app0_info_struct
{char format[5];byte main_ver;byte sub_ver;byte unit;short x_den;short y_den;byte thumb_x;byte thumb_y;
} AppInfo;typedef struct _sof0_info_struct {byte accur;short height;short width;byte comp;
} SOF0Info;typedef struct _sof0_comp_struct
{byte comId;byte sample;byte dqt_no;
} SOF0Comp;typedef struct _dht_struct {byte info;byte bit_table[16];
} DHTInfo;enum READ_S {INIT, FIND_SEG_START, READ_SEG_LENGTH, READ_SEG_CONT, COMMIT_SEG_INFO, END};
enum SEG_T {SOI=0xD8, EOI=0xD9, SOF0=0xC0, SOF1=0xC1, DHT=0xC4, SOS=0xDA, DQT=0xDB, DRI=0xDD, APP0=0xE0, APP1=0xE1, APP2=0xE2, COM=0xFE};void short_reverse(short *t){byte * ts = (byte *) t;ts[0] = ts[0] ^ ts[1];ts[1] = ts[0] ^ ts[1];ts[0] = ts[0] ^ ts[1];
}void read_app0(int len, byte * info){AppInfo app_info;memcpy(&app_info, info, len);short_reverse(&(app_info.x_den));short_reverse(&(app_info.y_den));printf("\t\t- format: %s\n", app_info.format);printf("\t\t- mVer: %d, sVer: %d\n", app_info.main_ver, app_info.sub_ver);printf("\t\t- unit: %d, x_den: %d, y_den: %d\n", app_info.unit, app_info.x_den, app_info.y_den);printf("\t\t- thumb: x: %d, y: %d\n", app_info.thumb_x, app_info.thumb_y);
}void read_sof0(int len, byte * info) {SOF0Info sof_info;SOF0Comp sof_comp;sof_info.accur = *info;info += 1;sof_info.height = *((short *) (info));info += 2;sof_info.width = *((short *) (info));info += 2;sof_info.comp = *info;info++;short_reverse(&(sof_info.height));short_reverse(&(sof_info.width));printf("\t\t- Accur: %d\n", sof_info.accur);printf("\t\t- Height: %d, Width: %d\n", sof_info.height, sof_info.width);printf("\t\t- Comps: %d\n", sof_info.comp);for(int i=0;i<sof_info.comp;i++){memcpy(&sof_comp, info + (i * 3), 3);printf("\t\t- Comp Id: %d, sample: %d, dqt: %d\n", sof_comp.comId, sof_comp.sample, sof_comp.dqt_no);}
}void read_dht(int len, byte *info){DHTInfo dht_info;memcpy(&dht_info, info, sizeof(DHTInfo));printf("\t\t- DHT#%d, %cC\n", dht_info.info>>4, dht_info.info&1?'A':'D');printf("\t\t- BitTable: ");int sum = 0;for(int i=0;i<16;i++){printf("%02x ", info[3+i]);sum += info[3+i];};printf(" (sum: %d)\n", sum);printf("\t\t- ValueTable: ");for(int i=0;i<sum && i<20;i++){printf("%02x ", info[3 + 16 +i]);};if(sum>=20) printf("...");printf("\n");
}int main(){printf("class2, analyze jpg file\n");FILE *fp;byte next_char;int read_state;enum READ_S s = INIT;short seg_len = 0;fp = fopen("./example_4.jpg", "r");enum SEG_T seg_t;while(1) {if(s==END) {break;}fread(&next_char, 1, 1, fp);if(next_char==0xff) {//printf("Read 0xff, skip to next byte\r\n");s  = FIND_SEG_START;continue;}if(s==INIT){if(next_char==0xff) {printf("Read next sector..\r\n");s  = FIND_SEG_START;}}else if(s==FIND_SEG_START) {printf("SEG \tLABEL: \t(%02x)", next_char);seg_t =  next_char;switch (seg_t){case SOI: printf("SOI: Start of Image\n"); break;case APP0: printf("APP0 Application specific\n"); break;case APP1: printf("APP1 Application specific\n"); break;case APP2: printf("APP2 Application specific\n"); break;case DQT: printf("DQT Define Quantization Table\n"); break;case SOF0: printf("SOF0 Start of Frame\n"); break;case DHT: printf("DHT Define Huffman Tables\n"); break;case SOS: printf("SOS Start Of Scan\n"); break;default:s = END;printf("UNKOWN: %02x", next_char);continue;break;}s = READ_SEG_LENGTH;}else if(s==READ_SEG_LENGTH){fseek(fp, -1, SEEK_CUR);byte *_seg_len = (byte *) malloc(sizeof(byte)*2);fread(_seg_len, 1, 2, fp);short_reverse((short *) _seg_len);seg_len = *((short *) _seg_len) - 2;free(_seg_len);printf("\tLEN: \t(%d)%04x\n", seg_len, seg_len);s = READ_SEG_CONT;}else if(s==READ_SEG_CONT) {fseek(fp, -1, SEEK_CUR);byte * info = (byte *) malloc(sizeof(byte)*seg_len);fread(info, 1, seg_len, fp);printf("\tINFO: \t");for(int i=0;i<seg_len && i<20;i++) {printf("%02X ", info[i]);}if(seg_len>20) printf("...");printf("\r\n");if(seg_t==APP0){read_app0(seg_len, info);}else if(seg_t==SOF0) {read_sof0(seg_len, info);}else if(seg_t==DHT){read_dht(seg_len, info);}printf("\n");free(info);s = INIT;}}return 0;
}

解析例子，解析某个JPEG文件的输出：


class2, analyze jpg file
SEG     LABEL:  (d8)SOI: Start of Image
SEG     LABEL:  (e0)APP0 Application specificLEN:    (14)000eINFO:   4A 46 49 46 00 01 01 01 01 2C 01 2C 00 00 - format: JFIF- mVer: 1, sVer: 1- unit: 1, x_den: 300, y_den: 300- thumb: x: 0, y: 0SEG     LABEL:  (e2)APP2 Application specificLEN:    (3158)0c56INFO:   49 43 43 5F 50 52 4F 46 49 4C 45 00 01 01 00 00 0C 48 4C 69 ...SEG     LABEL:  (db)DQT Define Quantization TableLEN:    (65)0041INFO:   00 03 02 02 03 02 02 03 03 03 03 04 03 03 04 05 08 05 05 04 ...SEG     LABEL:  (db)DQT Define Quantization TableLEN:    (65)0041INFO:   01 03 04 04 05 04 05 09 05 05 09 14 0D 0B 0D 14 14 14 14 14 ...SEG     LABEL:  (c0)SOF0 Start of FrameLEN:    (15)000fINFO:   08 02 AB 04 00 03 01 11 00 02 11 01 03 11 01 - Accur: 8- Height: 683, Width: 1024- Comps: 3- Comp Id: 1, sample: 17, dqt: 0- Comp Id: 2, sample: 17, dqt: 1- Comp Id: 3, sample: 17, dqt: 1SEG     LABEL:  (c4)DHT Define Huffman TablesLEN:    (27)001bINFO:   00 00 03 01 01 01 01 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 01 02 03 ...- DHT#0, DC- BitTable: 01 01 01 01 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 01 02  (sum: 10)- ValueTable: 03 00 04 05 06 07 08 09 00 00 SEG     LABEL:  (c4)DHT Define Huffman TablesLEN:    (69)0045INFO:   10 00 01 03 02 04 04 04 03 06 05 03 04 02 01 01 09 01 00 02 ...- DHT#1, DC- BitTable: 03 02 04 04 04 03 06 05 03 04 02 01 01 09 01 00  (sum: 52)- ValueTable: 02 11 03 21 04 12 31 41 05 13 51 61 06 22 71 81 14 32 91 07 ...SEG     LABEL:  (c4)DHT Define Huffman TablesLEN:    (26)001aINFO:   01 00 03 01 01 01 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 02 ...- DHT#0, AC- BitTable: 01 01 01 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01  (sum: 7)- ValueTable: 02 03 04 05 06 07 08 SEG     LABEL:  (c4)DHT Define Huffman TablesLEN:    (57)0039INFO:   11 00 02 02 01 03 03 01 05 06 06 03 01 00 02 02 03 00 01 02 ...- DHT#1, AC- BitTable: 02 01 03 03 01 05 06 06 03 01 00 02 02 03 00 01  (sum: 39)- ValueTable: 02 11 03 12 21 31 04 13 41 51 05 14 22 61 71 06 32 81 91 a1 ...SEG     LABEL:  (da)SOS Start Of ScanLEN:    (10)000aINFO:   03 01 00 02 11 03 11 00 3F 00 SEG     LABEL:  (00)UNKOWN: 00

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