c/c++:判断数据(stream)是否为JPEG图像快速而准确的方法

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#jpeg #sof0 #soi

于 2018-08-31 23:47:38 首次发布

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博客介绍了JPEG标准仅定义编解码过程，未涉及文件存储格式，Exif和JFIF是常见存储格式。指出简单检查文件头和特定标记判断JPEG图像不严谨，会错判漏判，还给出根据JPEG标准遍历标记判断格式的方法。

JPEG是Joint Photographic Experts Group 的缩写，关于JPEG标准和格式网上有很多文章介绍这里不再多说。
JPEG标准仅仅定义了codec部分, 也就是图片如何压缩为字节流以及重新解码为图片的过程. 标准没有涉及到文件的存储格式. Exif和JFIF格式是最常见，使用最广泛的JPEG文件存储格式，但不代表JPEG只有这两种存储格式。
JPEG比较复杂，是由多段JPEG 标记(JPEG marker)构成的，有的JPEG marker并不是必须的，marker的顺序也没有严格规定，所以只是简单的检查文件头FFD8和结尾FFD9,以及判断是否有JFIF或Exif,来判断是否为JPEG图像是不严谨的，会造成错判和漏判。

参见我的上一篇博客《minigui/mgncs:利用LoadBitmapFromMem函数对摄像头MJPEG格式图像解码》遇到的问题就明白只根据上面的几个标记来判断不靠谱了。

下面的check_jpg函数根据JPEG 标准，通过顺序遍历 JPEG 标记，以最终是否找到SOF0,SOF2标记来判断是否为JPEG格式(SOF0,SOF2是图像数据起始标记，一个JPEG图像至少有一个SOF0或SOF2标记)，就不存在错判和漏判的问题。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
static inline uint16_t archswap16(uint16_t D) {
    return((D<<8)|(D>>8));
}
// gcc 预定义宏判断大小端
#if __BYTE_ORDER__==__ORDER_LITTLE_ENDIAN__
#define arch_swap_be16(X)        archswap16(X)
#else
#define arch_swap_be16(X)        (X)
#endif

/**
 * 从文件流中读取一个大端的16位整数,
 * 读取成功返回true,否则返回false
 */
static bool read_be16 (FILE *stream,uint16_t *value)
{
    if( sizeof(*value) != fread(value, sizeof(*value), 1,stream))
        return false;
    *value = (arch_swap_be16(*value));
    return true;
}

/*
 * Common JPEG markers(JPEG标记定义)
 * 参见 https://en.wikipedia.org/wiki/JPEG
 * */
#define JMK_SOI         0xFFD8     /* Start Of Image */
#define JMK_SOF0        0xFFC0     /* Start Of Frame (baseline DCT) */
#define JMK_SOF2        0xFFC2     /* Start Of Frame (progressive DCT) */
#define JMK_DHT         0xFFC4     /* Define Huffman Table(s) */
#define JMK_DQT         0xFFDB     /* Define Quantization Table(s) */
#define JMK_DRI         0xFFDD     /* Define Restart Interval */
#define JMK_SOS         0xFFDA     /* Start Of Scan */
#define JMK_RST_mask    0xFFD0     /* mask of Restart */
#define JMK_APP_mask    0xFFE0     /* mask of Application-specific */
#define JMK_COM         0xFFFE     /* Comment */
#define JMK_EOI         0xFFD9     /* End Of Image */

/**
* 判断文件流是否为JPEG格式图像.
* 逻辑说明:循环从文件流中读取　JPEG 标记,直到遇到SOF0,SOF2标记，就返回true,否则返回false.
*/
bool check_jpg (FILE* stream)
{
    uint16_t jpeg_marker;
	if(!stream)
		return false;
    for (;read_be16(stream,&jpeg_marker) /* 读取一个JPEG标记 */;)
    {
    	/* 当前标记的数据长度(不含标记本身) */
    	uint16_t payload = 1; /* 设置为0或1用于指定当前JPEG 标记是否有附加数据*/
    	switch(jpeg_marker)
    	{
    	case JMK_SOI:
    		payload = 0; /* no payload,没有附加数据 */
    		break;
    	case JMK_SOF0:
    	case JMK_SOF2:
    		return true; /* 找到SOF0,SOF2 marker,确认为JPEG 格式*/
    	case JMK_DHT:
    	case JMK_DQT:
    	case JMK_DRI:
    	case JMK_SOS:
    	case JMK_COM:
    		break;
    	case JMK_EOI:
    		return false; /* not JPEG image*/
    	default:
    		if((0XFFF8 & jpeg_marker) == JMK_RST_mask){
    			payload = 0; /* RST0~7(FFD0~FFD7),no payload */
    		}else if((0XFFF0 & jpeg_marker) == JMK_APP_mask){
    			/* APP0~APP15,do nothing */
    		}else
    			return false; /* not JPEG image*/
    	}
    	if(payload){
    		/*读取 JPEG 标记之后的附加数据长度字段，根据这个字段的值移动文件游标位置跳到下一个 JPEG 标记 */
    		if(!read_be16(stream,&payload))
    			return false; /* not JPEG image*/
    		fseek (stream, payload- sizeof(payload), SEEK_CUR);
    	}
    }
    return false; /* not JPEG image*/
}