实战JPEG图像格式编解码中的几个问题

因为网络上关于JPEG格式文件的编解码的文档很多，也因为时间的关系，我不再重复那些JPEG文件的结构、编解码的流程之类的知识点。在我这次完成JPEG图像的解码和BMP格式文件转换为JPEG格式的编码过程中，就遇到的问题及最后的解决方案做一些说明。

1、熵编解码解流程。

       为了提高压缩率，JPEG采用了三个算法对数据进行编码：把经过DCT变换后的DCU二维8x8矩阵，先ZIGZGAG的方法线性化为一维数组，然后使用量化表量化，其中DC分量（数组的第一个元素），使用DPCM（自适应）编码，之后的AC分量，使用游程编码。游程编码的每一个编码是一个数对如（10，-1），前面的10是连0的个数，-1是之后遇到的非0值，编码时，这个-1要使用VLI编码，VLI是可变长整数编码，正整数时，如9，编码为1001，长4比特，注意这里是反码，而-1的反码为0，长度为1比特，请注意这里的单位是比特。所以，如果一个VLI的编码的第一位是0，说明是负数，值的计算方法是：。其它的数，按这个公式进行计算，正数时，最高位是1，直接计算。之后，就是进行Huffman的编码：编码值长度为1字节：高4位是连0的个数（显然不能超过15个0），低位就是VLI编码的长度，也不会超过15位。所以，那个（10，-1）的Huffman编码值是（A1）, 查询AC Huffman表，得到相应的编码（01f8h）。请注意，实际写入文件中的比特流是这个编码的从左到右遇到的第一个非0开始的比特流，然后加上那个-1的编码0，其比特流是：【1 1111 1000 0】。解码是这个过程的逆过程。最后，需要特别说明的是，DC部分的编码是DPCM，亮度和色度的初始值均为512。DC的Huffman的编码方式和AC类似，不过其编码值高四位一直是0，低四位是DPCM编码的VLI编码长度，然后查询DC的Huffman表。结束解码的条件：（1）解码过程中，遇到00，一个DCU的解码就结束，不足64字节的数据全部为0。

          （2）已经获取了64个数据字节。

            在解码的过程中，原始数据中如果遇到FF 00，表示FF参加解码，00应该跳过。FF对应JPEG是特殊标志，而在待解码的数据流，可能多次出现，要特别注意检查。

2、数据流的问题。

     就是解码出来的8x8的数据矩阵，是按什么顺序输出的问题，JPEG的颜色空间是YCbCr，采样模式为4:1:1，所以，每6个DCU数据矩阵，有4个亮度数据DCU，1个Cb数据DCU，1个CrDCU，按Y1,Y2,Y3,Y4,Cb,Cr的顺序输出，亮度按由左到右，由上到下的形式排列为一个MCU，1个Cb和1个Cr，每个数据元素向右和向下扩展为4个相同的数据，从而得到16x16的色度MCU，与亮度数据形成YUV的MCU。之后就可以根据YUV到RGB的转换公式转到RGB色彩空间。

3、RGB和YUV的转换公式。

     网上各种的公式，经常出现错误，所以，这里再列一次，实践证明是正确的。

    Y=0.299R+0.587G+0.114B；Cb=0.564(B-Y)+128；Cr=0.713(R-Y)+128

    R=Y+1.402(Cr-128)；G=Y-0.34414(Cb-128)-0.71414(Cr-128)；B=Y+1.772(Cb-128)。

   特别注意的是：YUV转换为RGB时，如果超过255截断为255，小于0时，截断为0。

4、输出为BMP文件

      应该注意，BMP文件中，宽度像素的数据字节的长度应该是4的整数倍。如果不是需要填充到4的倍数，否则，得到的文件不能正常解码。

5、未解决的问题。

      对于有些博客中提到的ZRL， 就是16个0的情况，尚不足如何进行编码处理。

6、结语。

      整个解码过程，程序还是比较复杂，用到多种数据结构，知识点较大，有较高的技术含量，对程序设计水平是个挑战，个人认为，学习图像图像处理的同学们，应该亲自完成，收益一定不菲。