研究.jpg图片马赛克问题

最新推荐文章于 2024-04-23 11:19:37 发布
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前奏

上次做了那个CTFBlink之后，对.jpg图片挺好奇的，于是准备来研究一下

jpg图片对比

在这里插入图片描述

jpg图片格式详解

JPEG图片格式组成部分：SOI(文件头)+APP0(图像识别信息)+DQT（定义量化表）+SOF0（图像基本信息）+DHT（定义Huffman表）+DRI（定义重新开始间隔）+SOS（扫描行开始）+EOI（文件尾）

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。
在这里插入图片描述
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。它们是不算到段的长度中）。

段的一般结构

名称字节数数据说明
段标识1FF每个新段的开始标识
段类型1类型编码（称作“标记码”）
段长度2包括段内容和段长度本身，不包括段标识和段类型
段内容<=65533字节

段类型

段类型标记码说明
SOID8文件头
EOID9文件尾
SOF0C0帧开始（标准 JPEG）
SOF1C1同上
DHTC4定义Huffman表（霍夫曼表）
SOSDA扫描行开始
SOSDB定义量化表
DRID0定义重新开始间隔
APP0E0定义交换格式和图像识别信息
COMFE注释

说明：有的文章也将DNL段（标记码=DC，定义扫描行数）列为必须段

PS：段类型有30种，但只有10种是必须被所以程序识别的，其它的类型都可以忽略

SOI文件头

JPEG文件的开始2个字节都是FF D8这是JPEG协议规定的

名称字节数值
段标识1FF
段类型1D8

也就是这两个字节构成了JPEG文件头
在这里插入图片描述

APP0图像识别信息

APP0（图像识别信息）

名称字节数值说明
段标识1FF
段类型1E0
段长度20010如果有RGB缩略图就=16+3*n（以下为段内容）
交换格式54A46494600“JFIF”的ASCII码
主版本号1
次版本号1
密度单位10=无单位；1=点数/英寸；2=点数/厘米
X像素密度2水平方向的密度
Y像素密度2垂直方向的密度
缩略图X像素1缩略图水平像素数目
缩略图Y像素1缩略图垂直像素数目
（如果“缩略图X像素”和缩略图Y像素的值均>0，那么才有下面的数据）
n=缩略图像素总数=缩略图X像素*缩略图Y像素
  1. JFIF是JPEG File Interchange Forma的缩写，即JPEG文件交换格式，另外还有TIFF等格式，很少用
  2. “如果有RGB缩略图就=16+3*n”是什么意思呢？比如说“缩略图X像素”和“缩略图Y像素”的值均为48，就表示有一个48*48像素的缩略图（n=48*48），缩略图是24位真彩位图，用3个字节来表示一个像素，所以共占有3*n个字节。但大多数JPG文件都没有这个缩略图

在这里插入图片描述

  1. 图像识别信息头：2个字节 FF E0
  2. 段长度：00 10 =>16个字节
  3. 交换格式：4A 46 49 46 00=>此处为’JFIF’，一般我们用的都是JFIF的jpeg交换格式，但是也有TFIF的jpeg的交换格式，如果camera sensor直接输出的是jpeg图片，那么在其sensor寄存器可以设置使用JFIF还是TFIF
  4. 主版本号和次版本号一共2个字节：01 01 =>说明主版本号和次版本号都为1
  5. 单位密度1个字节：00=>表示此处使用的是无单位
  6. X像素密度2个字节：00 01 =>水平像素密度是1
  7. Y像素密度2个字节：00 01 =>水平像素密度是1
  8. 缩略图X像素：00=>没有缩略图
  9. 缩略图Y像素：00=>没有缩略图
  10. RGB缩略图：此处没有缩略图，所以是空的

DQT定义量化表

DQT（定义量化表）

名称字节数值说明
段标识1FF
段类型1DB
段长度243其值=3+n（当只有一个QT时）（以下为段内容）
QT信息10~3：QT号 ；4~7位：QT精度（0=8bit，1字节；否则=16bit，2字节）
QTnn=64*QT精度的字节数

说明：

  1. JPEG文件一般有2个DQT段，为Y值（亮度）定义1个，为C值（色度）定义1个
  2. 一个DQT段可以包含多个QT，每个都有自己的信息字节

此处有两个DQT数据，第一个是亮度的，第二个是色度的
在这里插入图片描述

  1. 定义量化表的头2个字节：FF DB
  2. 段长度2个字节： 00 43=>3（段长度2个字节，QT信息1个字节）+QT量化表的长度，此处QT量化表的长度是64
  3. QT信息1个字节：00=>0-3位是QT号，4-7位QT精度，此处是0，所以精度是8bit，即1个字节
  4. QT量化表：这个长度时根据QT信息确定的，上面QT精度为8bit，所以此处是64*1=64个字节

在这里插入图片描述

  1. 定义量化表的头2个字节：FF DB
  2. 段长度2个字节： 00 43=>3（段长度2个字节，QT信息1个字节）+QT量化表的长度，此处QT量化表的长度是64
  3. QT信息1个字节：01=>0-3位是QT号，即QT号是1，4-7位QT精度，此处是0，所以精度是8bit，即1个字节
  4. QT量化表：这个长度时根据QT信息确定的，上面QT精度为8bit，所以此处是64*1=64个字节

SOF0图像基本信息

SOF0（图像基本信息）

名称字节数值说明
段标识1FF
段类型1C0
段长度2其值=8+组件数量*3 （以下为段内容）
样本精度18每个样本位数（大多数软件不支持12和16）
图片高度2
图片宽度2
组件数量131=灰度图，3=YCbCr/YIQ，4=CMYK 彩色图（以下每个组件占用3个字节）
组件 ID11=Y，2=Cb，3=Cr，4=I，5=Q
采样系数10-3位：垂直采样系数 ；4-7位：水平采样系数
量化表号1

说明：

  1. JPEG大都采用yCrCb色彩模型（y表示亮度，Cr表示红色分量，Cb表示蓝色分量），所以组件数量一般=3
  2. 样本就是单个像素的颜色分量，也可理解为一个样本就是一个组件
  3. 采样系数是实际采样方式与最高采样系数之比，而最高采样系数一般=0.5（分数表示为1/2）。比如说，垂直采样系数=2，那么2*0.5=1，表示实际采样方式是每个点采一个样，也就是逐点采样；如果垂直采样系数为1，那么：1*0.5=0.5（分数表示为1/2），表示每两个点采一个样

在这里插入图片描述

  1. 图像基本信息：FF C2（不知道为什么我这里是C2，我查到的是C0）
  2. 段长度2个字节：00 11 =>17=8+3*3,说明组件数量有3个
  3. 样本精度1个字节：08，每个样本的信息是8bit
  4. 样本高度2个字节：01 84 =>388图片高度与实际一致
  5. 样本宽度2个字节：02 6C =>620图片宽度与实际一致
    在这里插入图片描述
  6. 组件数量1个字节：03=>代表YCbCr彩色图，有三个组件分别是Y,Cb,Cr
  7. 每个组件占用3个字节：第一个字节是组件ID，第二个字节是采样系数，第三个字节是量化表号

此处是：

  1. 01 11 00=>Y组件，垂直采样系数和水平采样系数都是1，量化标号是0
  2. 02 11 01=>Cb组件，垂直采样系数和水平采样系数都是1，量化标号是1
  3. 03 11 01=>Cr组件，垂直采样系数和水平采样系数都是1，量化标号是1

//此处可知三个组件都是隔点采样（标准的YUV422数据：Y采样是逐点采样，CbCr都是隔点采样）

DHT定义huffman表

DHT（定义Huffman表）

名称字节数值说明
段标识1FF
段类型1DB
段长度2其值=19+n（当只有一个HT表时）（以下为段内容）
HT信息10-3：HT号；4位：HT类型，0=DC表，1=AC表；5-7位：必须=0
HT位表16这16个数的和应该<=256
HT值表nn=表头16个数的和

说明：

  1. JPEG文件里有2类Haffman表：一类用于DC（直流量），一类用于AC（交流量）。一般有4个表：亮度的DC和AC，色度的AC和DC。最多可有6个
  2. 一个DHT段可以包含多个HT表，每个都有自己的信息字节
  3. HT表是一个按递增次序代码长度排列的符号表

在这里插入图片描述

  1. 定义Huffman表头2个字节：FF C4
  2. 段长度2个字节：00 1D=>29=19（段长度2字节+HT信息1个字节+HT位表16个字节）+10（这个数代表HT表有10字节）
  3. HT信息1个字节：0-3位是HT号，4位是HT类型（0=DC表，1=AC表），5-7位必须为0。HT号位0，此表为DC表
  4. HT位表16个字节：这10个数字值和小于等于256
01 00 02 02 03 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00  00=>共16个字节，加起来10（此处和段长度是相匹配的），说明HT表有10字节
  1. HT值表：
00 07 08 01 06 02 04 05 09 03

在这里插入图片描述

  1. 定义Huffman表头2个字节：FF C4
  2. 段长度2个字节：00 1C=>28=19（段长度2字节+HT信息1个字节+HT位表16个字节）+9（这个数代表HT表有9字节）
  3. HT信息1个字节：0-3位是HT号，4位是HT类型（0=DC表，1=AC表），5-7位必须为0。HT号位1，此表为AC表
  4. HT位表16个字节：这10个数字值和小于等于256
01 00 01 05 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00=>共16个字节，加起来9（此处和段长度是相匹配的），说明HT表有9字节
  1. HT值表：
 00 01 02 03 04 05 07 06 08

SOS扫描行开始（图像数据开始）

SOS扫描行开始

名称字节数值说明
段标识1FF
段类型1DA
段长度2000C其值=6+2*扫描行内组件数量 （以下为段内容）
扫描行内组件数量13必须>=1,<=4（否则错误），通常=3（以下每个组件占用2字节）
组件ID11=Y，2=Cb，3=Cr，4=I，5=Q
Huffman表号10-3位：AC表号（其值=0……3）；4-7位：DC表号（其值=0……3）
剩余3个字节3最后3个字节用途不明，忽略

说明：

  1. 紧跟SOS段后的是压缩的图像数据（一个个扫描行），数据存放顺序是从左到右，从上到下（经过压缩算法处理过后的）。

在这里插入图片描述

  1. 扫描行开始的头：FF DA
  2. 段长度2个字节：00 0C=>12=6(2个字节的段长度+1个字节扫描行内组件数量+3个字节的剩余位)+2*3（扫描行内组件数量，每个组件2个字节）
  3. 扫描行内组件数量，1个字节：03=>代表组件数量数3
  4. 每个组件占用2个字节：
    第一个字节是组件ID（1=Y，2=Cb，3=Cr，4=I，5=Q）；第二个字节0-3AC表，4-7位是DC表。表号的值是0-3

01 00=>Y组件，AC表号是0，DC表号是0
02 10=>Cb组件，AC表号是0，DC表号是1
03 10=>Cr组件，AC表号是0，DC表号是1

EOI扫描行结尾

名称字节数值
段标识1FF
段类型1D9

这两个字节构成了JPEG文件尾
在这里插入图片描述

其他段

COM（注释）

名称字节数值说明
段标识1FF
段类型1FE
段长度2其值=注释字符的字节数+2
段内容注释字符

说明：有的JPEG文件没有这个段

DRI（定义重新开始间隔）

名称字节数值说明
段标识1FF
段类型1DD
段长度24（以下为段内容）
开始间隔2n复位标记的间隔距离

说明：

  1. 开始间隔表示在压缩数据流中，每隔n个MCU块就有一个RST标记，RST标记将Huffman的解码数据流复位，DC也重新从0开始，因此，RST标记是一种复位标记
  2. RST标记是一种特殊的段，它只具有段标识和段类型（长度=2字节），但它不是独立的段，只能穿插在数据流中（文件头和文件尾也只有段标识和段类型，却都是独立的段）
  3. RST标记共有8个（RST0-RST7），从RST0起开始使用，然后是RST1……RST7，再从RST0重复
  4. RST标记的标识码是FFD0-FFD7，对应RST0-RST7
  5. 补充：这个不是必须段，很多JPEG都没有

JPEG压缩编码实例

DC是指直流系数，是8X8个像素的平均值；AC是交流系数，是8X8个像素的其它值，压缩数据的排列方式是：亮度DC，AC，色差DC，AC，色差DC，AC

  1. 每个分量如Y分量（DC+AC）完成后，如果还剩下位数，应该舍弃，后面的Cb是从下一个字节重新计算
  2. 如果编码到后面没有压缩数据了，后面实际编码数据用0填充
  3. 如果编码已经完成，那么剩余压缩数据用1填充

红色色块编码

在这里插入图片描述

51 			45 			00 			14 				51 				45 				00 			7F
01010001	01000101	00000000	00010100		01010001		01000101		00000000	01111111

计算Y亮度分量=>

0101-0001 01-0001-01

首先有一个DC系数需要计算出来
DC亮度

计算第一个色差分量 =>

在这里插入代码片

黑色色块编码

在这里插入图片描述

28 				A2 				8A 			00 			28 				A2 				8A 				00
00101000		10100010		10001010	00000000	00101000		10100010		10001010		00000000

对比结果

开头：

在这里插入图片描述

结尾

在这里插入图片描述

省略部分分析

至F0行开始就是SOS扫描行，一直往下扫描，被省略的是B30行~4E60行，全是扫描行数据（也就是说全是图像数据），且加密数据，
所以我们尝试一下SOS扫描行开始段结束这里，加一个扫描行结束标志FF D9（那么图片肯定是可以显示出来的（也就是说可以打开），因为它的格式框架是正确的，只是没有内容而已）
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
然后保存
在这里插入图片描述
猜想正确，直接连马赛克都没了。所以的话，马赛克出现的原因只是因为绘图未完整而已（至于怎么个未完整法，因为是加密数据………………）

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