JFIF文件格式

图片存储格式之一，由 JPEG 格式衍生而来，后缀为".jfif"。

　　JPEG本身只有描述如何将一个 图像 转换为 字节 的数据 串流 （streaming），但并没有说明这些字节如何在任何特定的储存媒体上被封存起来。一个由独立JPEG小组（Independent JPEG Group）所建立的额外标准，称为JFIF（JPEG File Interchange Format，JPEG档案交换格式），详细说明如何从一个JPEG串流，产出一个适合于电脑储存和传输（像是在因特网上）的档案。当有人称呼一个"JPEG档案"，一般而言他是意指一个JFIF档案，或有时候是一个Exif JPEG档案。然而，也有其他以JPEG为基础的档案格式，像是JNG。

　　JPEG/JFIF是最普遍在 万维网 （World Wide Web）上被用来储存和传输图片的格式。它并不适合于线条绘图（drawing）和其他文字或图示（iconic）的图形，因为它的 压缩 方法用在这些图形的型态上，会得到不适当的结果（ PNG 和 GIF 格式通常是用来针对这种目的之图形；GIF每一像素只有8位元，并不很适合于用在彩色照片，PNG可以被用来无失真地储存照片，但是档案太大让它不适合在网页上放照片）。

　　对于JFIF的MIME媒体型态是image/jpeg（定义在RFC 1341）。

一．简介

　　微处理机中的数据存放顺序有大端(big endian)小端(little endian)之分。大端顺序是指高字节数据存放在低地址处，低字节数据存放在高地址处，而小端顺序是指低字节数据存放在内存低地址处，高字节数据存放在内存高地址处。例如，十六进制数为A02B，按大端顺序存放就是A02B，按小端顺序存放就是2BA0。摩托罗拉(Motorola)公司的微处理器使用大端顺序存放，而英特尔(Intel)公司的微处理器使用小端顺序。JPEG文件中的字节是按照大端顺序排列的。

　　JPEG委员会在制定JPEG标准时，定义了许多标记(marker)用来区分和识别图像数据及其相关信息，但笔者没有找到JPEG委员会对JPEG文件交换格式的明确定义。直到1998年12月从分析网上具体的JPG图像来看，使用比较广泛的还是JPEG文件交换格式(JPEG File Interchange Format，JFIF)版本号为1.02。这是1992年9月由在C-Cube Microsystems公司工作的Eric Hamilton提出的。此外还有TIFF JPEG等格式，但由于这种格式比较复杂，因此大多数应用程序都支持JFIF文件交换格式。

　　JPEG文件使用的颜色空间是YCbCr空间。在JFIF文件格式中，图像样本的存放顺序是从左到右和从上到下。这就是说JFIF文件中的第一个图像样本是图像左上角的样本。

二．文件结构

　　JFIF文件格式直接使用JPEG标准为应用程序定义的许多标记，因此JFIF格式成了事实上JPEG文件交换格式标准。JPEG的每个标记都是由2个字节组成，其前一个字节是固定值0xFF。每个标记之前还可以添加数目不限的0xFF填充字节(fill byte)。下面是其中的8个标记：

　　SOI 0xD8　图像开始

　　APP0 0xE0　JFIF应用数据块

　　APPn 0xE1 - 0xEF　其他的应用数据块(n, 1～15)

　　DQT 0xDB　量化表

　　SOF0 0xC0　帧开始

　　DHT 0xC4　霍夫曼(Huffman)表

　　SOS 0xDA　扫描线开始

　　EOI 0xD9　图像结束

　　一般的JFIF文件由下面的9个部分组成：

　　(1) 图像开始SOI(Start of Image)标记 0h 2字节 0xFFD8

　　(2) APP0标记(Marker) 0h 2字节 0xFFE0

　　① APP0长度(length)（①~⑨九个字段的总长度）

　　2h 2字节内容不定（①~⑨九个字段的总长度）

　　② 标识符(identifier)

　　4h 5字节 0x4A46494600 即“JFIF0”

　　③ 版本号(version)

　　9h 2字节 0x0102 JFIF的版本号目前基本上都是1.2

　　④ X和Y的密度单位(units=0：无单位；units=1：点数/英寸；units=2：点数/厘米)

　　bh 1字节只有0，1，2三个值可选，其分别代表的意义如上]

　　⑤ X方向像素密度(X density)

　　ch 2字节取值范围未知

　　⑥ Y方向像素密度(Y density)

　　eh 2字节取值范围未知

　　⑦ 缩略图水平像素数目(thumbnail horizontal pixels)

　　10h 1字节取值范围未知

　　⑧ 缩略图垂直像素数目(thumbnail vertical pixels)

　　11h 1字节取值范围未知

　　⑨ 缩略图RGB位图(thumbnail RGB bitmap)

　　12h 长度可能是3的倍数内容不定

　　本段（APP0）可以包含图像的一个微缩版本，存为24位的RGB像素。如果没有微缩图像（这种情况更常见），则⑦“缩略图水平像素数目”和⑧“缩略图垂直像素数目”的值均为0。

　　(3) APPn标记(Markers)

　　① APPn长度(length)（①②两个字段的总长度）

　　② 详细信息(application specific information)

　　对每个APP：

　　若为APPN（N＝1～F（以16进制表示，N任选其中一个））

　　· 标记： mh 2字节 0xFFEN

　　· 长度：(m+2)h 2字节内容不定（设为n（10进制））（本字段与下一字段的总长度）

　　· 详细信息： (m+4)h n－2字节（即长度减2）内容不定

　　(4) 一个或者多个量化表DQT(Difine Quantization Table) 0h 2字节 0xFFDB

　　① 量化表长度(quantization table length)（①~②两个字段的总长度）

　　2h 2字节内容不定（①~②两个字段的总长度）

　　② 量化表(quantization table)

　　A. P/T(高四位：精度，低四位：表ID)

　　B. 表项

　　对每个量化表：

　　· P/T(高四位：精度，低四位：表ID) mh 1字节精度, 0 表示 8 bit, 1表示 16 bit；ID取值范围为0～3, 否则错误

　　· 表项 (m+1)h (64×(精度+1))字节内容长，故略

　　(5) 帧图像开始SOF0(Start of Frame)

　　0h 2字节 0xFFC0

　　① 帧开始长度(start of frame length) （①~⑥六个字段的总长度）

　　2h 2字节内容不定（①~⑥六个字段的总长度）

　　② 精度(precision)，每个颜色分量每个像素的位数(bits per pixel per color component)

　　4h 1字节每个样本位数, 通常是 8 (大多数软件不支持 12 和 16)

　　③ 图像高度(image height) 5h 2字节内容不定（如果不支持 DNL 就必须 >0）

　　④ 图像宽度(image width) 7h 2字节内容不定（如果不支持 DNL 就必须 >0）

　　⑤ 颜色分量数(number of color components)

　　9h 1字节内容不定（灰度图是 1, YCbCr/YIQ 彩色图是 3, CMYK 彩色图是 4，我们这里讨论的JFIF使用的是YCbCr，故这里颜色分量数为3）

　　⑥ 对每个颜色分量(for each component)

　　A. ID

　　B. 垂直方向的样本因子(vertical sample factor)

　　C. 水平方向的样本因子(horizontal sample factor) B、C共占用1字节，B占用低4位，C占用高4位）

　　D. 量化表号(quantization table#)

　　JFIF格式使用的是YCbCr所以有3个分量（这里特别要注意的是颜色分量的ID号是有含义的，1代表Y，2代表Cb，3代表Cr，4代表I，5代表Q）：

　　1) ID

　　ah 1字节 0x01

　　（高四位）水平（低四位）垂直样本因子

　　bh 共1字节 0x227

　　量化表号

　　ch 1字节内容不定（本分量使用的量化表的ID号）

　　2) ID

　　dh 1字节 0x02

　　（高四位）水平（低四位）垂直样本因子

　　eh 共1字节 0x11J

　　量化表号

　　fh 1字节内容不定（本分量使用的量化表的ID号）

　　3) ID

　　10h 1字节 0x03

　　（高四位）水平（低四位）垂直样本因子

　　11h 共1字节 0x11

　　量化表号

　　12h 1字节内容不定（本分量使用的量化表的ID号）

　　(6) 一个或者多个霍夫曼表DHT(Difine Huffman Table)

　　0h 2字节 0xFFC4

　　① 霍夫曼表的长度(Huffman table length) （①~②两个字段的总长度）

　　2h 2字节内容不定（①~②两个字段的总长度）

　　② 对每个霍夫曼表(一般情况下，霍夫曼表不止一个，但是绝对不多于4个)

　　A. 表号

　　B. 类型：AC或者DC(其中0：DC表，1：AC表)；A、B共占用1字节，A占用低4位，B占用高4位）

　　C. 长16个字节的编码，其代码代数和为接下来的编码的长度

　　D. 内容编码

　　对每个霍夫曼表：

　　·（高四位）类型和（低四位）表号： mh 共1字节内容不定（有四个可能：0x00表示第0个DC表，0x01表示第1个DC表，0x10表示第0个AC表，0x11表示第1个AC表）

　　· 长16个字节的编码： (m+1)h 16字节内容不定（设这16个字节上数据之和为n）

　　· 内容编码： (m+17)h n字节内容长，故略)

　　(7) 定义重新开始间隔DRI(Difine Restart Interval)

　　（在没有DRI标记，或间隔为零时，就不存在重新开始间隔和重开始标记）

　　0h 2字节 0xFFDD

　　① 长度 2h 2字节 0x0004（①~②两个字段的总长度）

　　② MCU 块的单元中的重新开始间隔

　　4h 2字节内容不定（设为n，则意思是说，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）

　　(8) 扫描开始SOS(Start of Scan)

　　0h 2字节 0xFFDA

　　① 扫描开始长度(start of scan length)

　　2h 2字节内容不定（①~③再加上④的A\B\C的总长度）

　　② 颜色分量数(number of color components)

　　4h 1字节应该和⑸⑤的值相同（灰度图是1, YCbCr/YIQ 彩色图是3, CMYK 彩色图是4）

　　③ 每个颜色分量

　　A. ID

　　B. 交流系数表号(AC table #)

　　C. 直流系数表号(DC table #)

　　（B、C共占用1字节，B：占用低4位，C：占用高4位）

　　由②得到这里的颜色分量数为3（这里的颜色分量的ID号的含义和⑸⑥的一样，1代表Y，2代表Cb，3代表Cr，4代表I，5代表Q）：

　　1） ID

　　5h 1字节 0x01 （高四位）直流（低四位）交流数表号

　　6h 共1字节 0x00

　　2） ID

　　7h 1字节 0x027 （高四位）直流（低四位）交流数表号

　　8h 共1字节 0x11

　　3） ID

　　9h 1字节 0x03 （高四位）直流（低四位）交流数表号

　　ah 共1字节 0x11

　　④ 压缩图像数据(compressed image data)

　　A. 谱选择开始 bh 1字节 0x00

　　B. 谱选择结束 ch 1字节 0x3F

　　C. 两个4位字段，高位和低位的谱选择 dh 1字节在基本JPEG中总为0x00

　　D. 数据 eh 长度不定内容长，故略

　　(9) 图像结束EOI(End of Image)

　　0h 2字节 0xFFD9