一、 JPEG编解码原理
JPEG编码的过程如上图所示。解码是编码的逆过程。
二、JPEG文件格式介绍
l SOI，Start of Image，图像开始
SOI ,Start of Image， 图像开始
标记代码 2字节 固定值0xFFD8
EOI，End of Image， 图像结束 2字节
标记代码 2字节 固定值0xFFD9
l APP0，Application，应用程序保留标记0
标记代码 2字节 固定值0xFFE0
包含9个具体字段：
①数据长度 2字节 ①~⑨9个字段的总长度
② 标识符 5字节 固定值0x4A46494600，即字符串“JFIF0”
③版本号 2字节 一般是0x0102，表示JFIF的版本号1.2
④ X和Y的密度单位 1字节 只有三个值可选
0：无单位；1：点数/英寸；2：点数/厘米
⑤ X方向像素密度 2字节 取值范围未知
⑥ Y方向像素密度 2字节 取值范围未知
⑦缩略图水平像素数目 1字节 取值范围未知
⑧缩略图垂直像素数目 1字节 取值范围未知
⑨缩略图RGB位图 长度可能是3的倍数 缩略图RGB位图数据
l DQT，DefineQuantization Table，定义量化表
标记代码 2字节 固定值0xFFDB
包含9个具体字段：
① 数据长度 2字节 字段①和多个字段②的总长度
② 量化表 数据长度-2字节
a) 精度及量化表ID 1字节
高4位：精度，只有两个可选值 0：8位；1：16位
低4位：量化表ID，取值范围为0～3
b) 表项 (64×(精度+1))字节
例如8位精度的量化表,其表项长度为64×（0+1）=64字节
本标记段中，字段②可以重复出现，表示多个量化表，但最多只能出现4次
l SOF0，Start of Frame，帧图像开始
标记代码 2字节 固定值0xFFC0
包含9个具体字段：
①数据长度 2字节 ①~⑥六个字段的总长度
② 精度 1字节 每个数据样本的位数
通常是8位，一般软件都不支持 12位和16位
③图像高度 2字节 图像高度（单位：像素）
④图像宽度 2字节 图像宽度（单位：像素）
⑤颜色分量数 1字节 只有3个数值可选
1：灰度图；3：YCrCb或YIQ；4：CMYK
而JFIF中使用YCrCb，故这里颜色分量数恒为3
⑥颜色分量信息 颜色分量数×3字节（通常为9字节） a)颜色分量ID 1字节
b)水平/垂直采样因子 1字节
高4位：水平采样因子
低4位：垂直采样因子
c) 量化表 1字节 当前分量使用的量化表的ID
l DHT，Define HuffmanTable，定义哈夫曼表
标记代码 2字节 固定值0xFFC4
包含2个具体字段：
① 数据长度 2字节
② huffman表 数据长度-2字节
表ID和表类型 1字节
高4位：类型，只有两个值可选
0：DC直流；1：AC交流
低4位：哈夫曼表ID，
注意，DC表和AC表分开编码
不同位数的码字数量 16字节
编码内容 16个不同位数的码字数量之和（字节）
本标记段中，字段②可以重复出现（一般4次），也可以只出现1次。
l SOS，Start of Scan，扫描开始 12字节
标记代码 2字节 固定值0xFFDA
包含2个具体字段：
①数据长度 2字节 ①~④两个字段的总长度
②颜色分量数 1字节 应该和SOF中的字段⑤的值相同，即：
1：灰度图是；3： YCrCb或YIQ；4：CMYK。
③颜色分量信息
a) 颜色分量ID 1字节
b) 直流/交流系数表号 1字节
高4位：直流分量使用的哈夫曼树编号
低4位：交流分量使用的哈夫曼树编号
④压缩图像数据
a)谱选择开始 1字节 固定值0x00
b)谱选择结束 1字节 固定值0x3F
c)谱选择 1字节 在基本JPEG中总为00
三、 实验步骤
1．逐步调试JPEG解码器程序。将输入的JPG文件进行解码，将输出文件保存为可供
YUVViewer观看的YUV文件。
2. 程序调试过程中，应做到：
理解程序设计的整体框架
理解三个结构体的设计目的
2
struct huffman_table
struct component
struct jdec_private
理解在视音频编解码调试中TRACE的目的和含义
会打开和关闭TRACE
会根据自己的要求修改TRACE
3．以txt文件输出所有的量化矩阵和所有的HUFFMAN码表。
4． 输出DC图像并经过huffman统计其概率分布（使用第三个实验中的Huffman编码器）。
5． 输出某一个AC值图像并统计其概率分布（使用第三个实验中的Huffman编码器）。
四、 实验结果
原图：