JEPG图像文件结构

JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种广泛使用的有损压缩图像格式，其文件结构遵循特定的规范。JPEG 文件通常以 .jpg 或 .jpeg 为扩展名。其内部结构基于 标记（Markers） 和 段（Segments） 的组合。

一、基本结构概述

JPEG 文件由一系列 标记段（Marker Segments） 构成，每个标记段以一个 两字节的标记（Marker） 开头，格式为 0xFF + 标记码（例如 0xFFD8 表示 SOI）。

主要组成部分：

SOI（Start of Image）
- 标记：0xFFD8
- 表示 JPEG 图像的开始。
APPn 段（Application-specific segments）
- 标记：0xFFE0 到 0xFFEF（如 0xFFE0 是 APP0，常用于 JFIF 信息；0xFFE1 常用于 EXIF 数据）
- 存放应用程序自定义数据，比如：
  - JFIF（JPEG File Interchange Format）头
  - EXIF（Exchangeable Image File Format）元数据（拍摄时间、相机型号、GPS 等）
DQT（Define Quantization Table）
- 标记：0xFFDB
- 定义量化表，用于解码时反量化 DCT 系数。
SOF（Start of Frame）
- 标记：常见如 0xFFC0（Baseline DCT）、0xFFC2（Progressive DCT）等
- 描述图像的基本参数，如：
  - 图像高度、宽度
  - 颜色分量数量（通常是 3：Y, Cb, Cr）
  - 每个分量的采样因子（如 4:2:0）
  - 每个分量使用的量化表编号
DHT（Define Huffman Table）
- 标记：0xFFC4
- 定义霍夫曼编码表，用于熵解码。
SOS（Start of Scan）
- 标记：0xFFDA
- 表示压缩图像数据的开始。
- 包含：
  - 使用的分量列表
  - 对应的霍夫曼表编号
- 之后就是实际的压缩图像数据（熵编码后的 DCT 系数）
压缩图像数据（Entropy-coded data）
- 不以标记开头，但若出现 0xFF，后面会跟一个填充字节 0x00（称为 stuffing byte），避免误判为标记。
EOI（End of Image）
- 标记：0xFFD9
- 表示 JPEG 图像结束。

二、典型 JPEG 文件结构顺序（Baseline JPEG）

复制代码

+------------------+
| SOI (0xFFD8)     |
+------------------+
| APP0 / APP1 ...  | ← 可选，包含 JFIF/EXIF 等
+------------------+
| DQT              | ← 一个或多个量化表
+------------------+
| SOF0 (0xFFC0)    | ← 基线 JPEG 的帧头
+------------------+
| DHT              | ← 一个或多个霍夫曼表
+------------------+
| SOS (0xFFDA)     |
+------------------+
| 压缩图像数据      | ← 可能包含 0xFF00 转义
+------------------+
| EOI (0xFFD9)     |
+------------------+

注意：某些 JPEG（如渐进式 JPEG）可能包含多个 SOS 段和多个扫描。

三、关键点说明

所有标记都是大端序（Big-endian）
标记长度字段 ：除 SOI、EOI 和压缩数据外，大多数段在标记后紧跟一个 2 字节的长度字段 （包括长度字段本身），例如：
复制代码
```
FF C0 00 11 ...
      ↑↑------ 长度 = 0x0011 = 17 字节（包括这2字节）
```
颜色空间 ：JPEG 内部使用 YCbCr 色彩空间（即使原始图像是 RGB），通过色彩空间转换和子采样实现压缩。

四、示例：用十六进制查看 JPEG 头部

hex 复制代码

FF D8 FF E0 00 10 4A 46 49 46 00 01 01 01 00 48  ← SOI + APP0(JFIF)
00 48 00 00 FF DB 00 43 00 01 01 01 01 01 01 01  ← DQT
...
FF C0 00 11 08 02 80 01 E0 03 01 22 00 02 11 01  ← SOF0 (640x480)
...
FF DA 00 0C 03 01 00 02 11 03 11 00 3F 00 ...     ← SOS + 压缩数据
...
FF D9                                            ← EOI

五、参考资料

ISO/IEC 10918-1（ITU-T T.81）：JPEG 标准文档
JPEG File Interchange Format (JFIF) specification
EXIF specification（由 JEITA 制定）

如需解析或生成 JPEG 文件，建议使用成熟的库（如 libjpeg、Pillow、OpenCV），因为手动处理霍夫曼编码、DCT 反变换等非常复杂。

如果你对某一部分（如 DHT 结构、SOS 后的数据流格式）感兴趣，我可以进一步展开说明。