JPEG壓縮數(shù)據(jù)格式

JPEG壓縮數(shù)據(jù)格式AnnexBCompresseddataformats(ThisannexformsanintegralpartofthisRecommendation|InternationalStandard)T本附錄介紹三種壓縮數(shù)據(jù)格式：a)交換格式，在B.2和B.3中介紹；b)壓縮圖像數(shù)據(jù)的縮略格式，在B.4中介紹；c)表規(guī)范數(shù)據(jù)的縮略格式，在B.5中介紹。B.1描述這些格式的構成部分。B.1.3和B.1.4給出了格式規(guī)范中使用到的插圖和符號的約定。B.1壓縮數(shù)據(jù)規(guī)范的基本層面在結構上，壓縮數(shù)據(jù)格式包含一個由參數(shù)、標記和熵編碼數(shù)據(jù)段組成的有序集合。參數(shù)和標記往往又形成標記段。由于所有這些組成部分是由字節(jié)對齊的代碼表示的，因此每一個壓縮數(shù)據(jù)格式由一個8-bits字節(jié)的有序序列組成。對于每一個字節(jié)，都定義了一個最高有效位(MSB)和一個最低有效位(LSB)。B.1.1組成部分這個小節(jié)給出了壓縮數(shù)據(jù)格式每一個部分的概述。B.1.1.1參數(shù)參數(shù)是整數(shù)，其值特定于具體的編碼過程，源圖像的特點，和應用程序可選的其他特性。參數(shù)由4-bit，1字節(jié)或2字節(jié)的代碼賦值。除了某些可選的參數(shù)組，參數(shù)都編碼重要的信息，如果沒有這些信息，解碼過程就無法正確的重建圖像。一個參數(shù)的代碼應該是一個無符號整數(shù)，該整數(shù)具有以位為單位的規(guī)定長度，并具有特定的參數(shù)值。對于長度2字節(jié)(16位)的參數(shù)，則在壓縮數(shù)據(jù)字節(jié)的有序序列中，最高位字節(jié)應該在前。長度為4位的參數(shù)成對出現(xiàn)，并且這一對參數(shù)應被編碼為一個單獨的字節(jié)。參數(shù)對中的第一個4-bit參數(shù)應該占據(jù)字節(jié)的高4位。對于任何的16-，8-，或4-bit參數(shù)，MSB應該在前，LSB在后。B.1.1.2標記標記用于標識壓縮數(shù)據(jù)格式的各個不同結構部分。大多數(shù)標記開啟了一個標記段，而標記段則包含了一個相關的參數(shù)組。所有的標記均被分配一個2字節(jié)的代碼：一個X’FF字節(jié)后跟一個不為0或X’FF’字節(jié)(參見表B.1)。所有的標記前面可以有一些可選的代碼為X’FF的填充字節(jié)。注意–由于這種特別的代碼分配結構，因此標記使解碼器可以在不解碼圖像數(shù)據(jù)的其他段的情況下，而解析壓縮數(shù)據(jù)并定位它的各個部分。B.1.1.3標記分配所有的標記均被分配一個兩字節(jié)的代碼：一個X’FF’，及其后跟著的一個不為0或X’FF的第二個字節(jié)。每一個定義的標記的第二個字節(jié)在表B.1中指定。一個星號(*)表示一個標記是獨立的，即，它不是一個標記段的開始。TableB.1–MarkercodeassignmentsB.1.1.4標記段一個標記段由一個標記和該標記后面跟著的一個相關參數(shù)的序列組成。標記段中的第一個參數(shù)是2字節(jié)的長度參數(shù)。該長度參數(shù)編碼了標記段以字節(jié)為單位的長度，包括長度參數(shù)，但不包括2字節(jié)的標記。以SOF和SOS標記碼標識的標記段被稱為頭：分別為幀頭和掃描頭。B.1.1.5熵編碼數(shù)據(jù)段一個熵編碼數(shù)據(jù)段包含了一個熵編碼過程的輸出。無論熵編碼過程使用的是霍夫曼編碼還是算術編碼，它都由整數(shù)個自己組成。注意1按下面方法執(zhí)行以使熵編碼數(shù)據(jù)段具有整數(shù)個字節(jié)：對于霍夫曼編碼，如果需要，則在壓縮數(shù)據(jù)的最后填充值為1的位值來補齊段的最后一個字節(jié)。對于算術編碼，字節(jié)對齊在終止熵編碼段的過程中進行(參見D.1.8)。2為了確保一個標記不會出現(xiàn)在一個熵編碼段中，則任何一個由霍夫曼編碼或算術編碼產(chǎn)生的X’FF’字節(jié)，或如上面注意1中所述，由值為1的位填充而得的一個X’FF’字節(jié)，其后要緊跟一個“填塞”0字節(jié)(參見D.1.6和F.1.2.3)。B.1.2語法B.2和B.3中詳述了交換格式的語法。就本規(guī)范的目的，語法規(guī)范的組成為：–要求的標記，參數(shù)和熵編碼段的順序；–可選的和有條件的組成部分的識別；–每一個標記和參數(shù)的名稱、符號和識別；–每一個參數(shù)的允許值；–以上各條特定于各種編碼過程的所有限制。各組成部分的次序及可選的和有條件的部分的識別在語法插圖B.2和B.3中示出。名稱、符號、定義、允許值、條件和限制很快將在下面的各個語法插圖中示出。B.1.3語法插圖約定B.2和B.3中的語法插圖是交換格式規(guī)范的一部分。在圖B.1中闡明的，下面的約定，應用于這些插圖：–參數(shù)/標記指示符：一個細線的盒子包圍一個標記或一個單獨的參數(shù)；–段指示符：一個細線的盒子包圍一個標記段、一個熵編碼段或他們的結合；–參數(shù)長度指示符：一個細線的盒子的寬度與標記的參數(shù)長度(4，8或16位，如圖B.1中的E,B和D所示)或它包圍的參數(shù)成比例；多個細線包圍的盒子的寬度是無意義的；–可選的/有條件的指示符：方括號標明，在壓縮數(shù)據(jù)中，一個標記段或標記只是可選的或有條件的。–次序：交換格式中，圖中所示的參數(shù)或標記都先于其右邊所示的參數(shù)或標記，并跟在它左邊的參數(shù)后面。–熵編碼數(shù)據(jù)指示符：尖括號標明，其包圍的內(nèi)容是已經(jīng)經(jīng)過了熵編碼的。B.1.4符號，代碼長度和值約定在下面的B.2和B.3中的每一個語法插圖，圖中所示的每一個標記和參數(shù)符號、名稱和定義都描述過了。對于每一個參數(shù)，長度和允許值也在表格中詳述。下面的約定應用于標記和參數(shù)的符號：–所有的標記符號有三個大寫字母，而某些則還具有下標。如：SOI，SOFn；–所有的參數(shù)符號有一個大寫字母；某些還具有一個小寫字母和一些下標。如：Y，Nf，Hi，Tqi。B.2普通的順序和增量語法這一章說明了應用于所有的編碼過程的交換格式語法，包括基于DCT的順序操作模式，基于DCT的增量操作模式和無損操作模式B.2.1高層次語法圖B.2說明了用于本規(guī)范中詳述的所有的非層次式(non-hierarchical)編碼過程的交換格式的高層次組成部分的順序。圖B.2所示的三個標記定義如下：SOI:圖像開始標記–出現(xiàn)于交換格式或縮寫格式中，標記一幅壓縮圖像的開始。EOI:圖像結束標記-出現(xiàn)于交換格式或縮寫格式中，標記一幅壓縮圖像的結束。RSTm:重新開始標記–只有重新開始使能時，放在熵編碼段之間的一個有條件的標記。有8個唯一的重新開始標記(m=0-7)，他們從0到7順序的重復，每一個掃描的以0開始，以此來提供一個模8的重新開始間隔計數(shù)。圖B.2的最頂層說明了非層次式交換格式應該以SOI標記作為開始，包含一個幀，并以一個EOI標記結束。圖B.2的第二層說明一個幀應該以一個幀頭開始并包含一個或多個掃描。一個幀頭前面也許有一個或多個表規(guī)范或B.2.4中說明的多種標記段。如果有一個DNL段(參見B.2.5),那么它應該緊跟在第一掃描的后面。對于基于DCT的順序操作模式和無損過程，每一個掃描應該包含一到四個圖像成分。如果一個掃描中2到4個成分，那么，它們應該在掃描中交替出現(xiàn)。對于基于DCT的增進式過程，每一個圖像成分只是部分的包含于任何一個掃描中。只有成分(只包含DC系數(shù)數(shù)據(jù))的第一個掃描可能是交替的。圖B.2的第三層說明了一個掃描應該以一個掃描頭開始，并包含一個或多個熵編碼數(shù)據(jù)段。每一個掃描頭前面可能有一個或多個表規(guī)范或多種標記段。如果重新開始沒有被使能，則應該只有一個熵編碼段(標記為“l(fā)ast”的那個)，并且沒有重新開始標記。如果使能了重新開始，則熵編碼段有圖像的大小和DRI定義。這種情況下，一個重新開始標記應該跟在除了最后一個熵編碼段之外的熵編碼段之后。圖B.2的第四層說明每一個熵編碼段由一系列熵編碼MCUs組成。如果使能了重新開始，并且重新開始間隔被定義為Ri，則除了最后一個之外的每一個熵編碼段應該包含Ri個MCUs，最后一個應該包含掃描的剩余的MCUs圖B.2說明了表規(guī)范可能出現(xiàn)的位置。然而，這里的規(guī)范特指交換格式應該包含的用于解碼壓縮圖像的所有的表規(guī)范數(shù)據(jù)。因此，需要的表規(guī)范數(shù)據(jù)應該出現(xiàn)于一個或多個允許的位置。B.2.2幀頭語法圖B.3說明了應該出現(xiàn)在一個幀的開始處的幀頭。這個頭說明了源圖像特性(參見A.1)，包括包含于幀中的成分，每一個成分的采樣因子，以及恢復每一個成分所使用的目標量化表。圖B.3中所示的標記和參數(shù)定義如下。每一個參數(shù)的大小和允許的值由表B.2給出。在表B.2(以及隨后類似的表)中，可選的值由逗號隔開(e.g.8,12)，范圍值的邊界由破折號隔開(e.g.0-3)。SOFn:幀標記的開始–標記幀參數(shù)的開始。下標n標識編碼過程為基線順序編碼，擴展順序編碼，增量式編碼，或無損編碼，也標識使用了哪個熵編碼過程。SOF0:基線DCTSOF1:擴展順序DCT，霍夫曼編碼SOF2:增量式DCT，霍夫曼編碼SOF3:無損(順序)的，霍夫曼編碼SOF9:擴展順序DCT,算術編碼SOF10:增量式DCT,算術編碼SOF11:無損(順序)的，算術編碼Lf:幀頭的長度–說明了圖B.3中所示的幀頭的長度(參見B.1.1.4)。P:采樣精度–以位為單位說明了幀中的成分的采樣精度。Y:行數(shù)–說明了源圖像的最大行數(shù)。它應該等于成分中具有最大垂直采樣數(shù)的成分的行數(shù)(參見A.1.1)。值為0則表明行數(shù)應該由DNL標記定義，并且參數(shù)在第一個掃描的結尾(參見B.2.5)。X:每一行的采樣數(shù)-說明了源圖像中每一行的最大采樣數(shù)。它應該等于成分中具有最大的水平采樣數(shù)的成分的每一行的采樣數(shù)。(參見A.1.1).Nf:幀中的圖像成分數(shù)–指定了幀中源圖像的成分數(shù)。Nf的值應該與出現(xiàn)在幀頭中幀成分規(guī)范參數(shù)(Ci,Hi,Vi，andTqi)的個數(shù)。Ci:成分標識符–順序的為幀成分規(guī)范參數(shù)中的第i個參數(shù)分配一個唯一的標記。這些值應該被用于掃描頭中來識別掃描中的成分Ci應該不同于C1到Ci?1。Hi:水平采樣因子–說明了成分的水平尺寸和最大的圖像尺寸X之間的關系(參見A.1.1)；當一個掃描中編碼了多于一個成分時，也指定了每一MCU中成分Ci的水平數(shù)據(jù)單元數(shù)。Vi:垂直采樣因子–說明了成分的垂直尺寸和最大的圖像尺寸Y之間的關系(參見A.1.1)；當一個掃描中編碼了多于一個成分時，也指定了每一MCU中成分Ci的垂直數(shù)據(jù)單元數(shù)。Tqi:量化表目的選擇子–指定了用于恢復成分Ci而對DCT系數(shù)反量化的四個可能的量化表中的一個。如果解碼過程使用反量化例程，則在解碼器已經(jīng)準備好去解碼掃描中包含的成分Ci時，這個表應該已經(jīng)被安裝在了目標位置。目標位置不應該被重新指定，或者改變它的內(nèi)容，直到包含Ci的所有掃描均被解碼完成。B.2.3掃描頭語法圖B.4詳細說明了應該出現(xiàn)在一個掃描的開始位置的掃描頭。這個頭指定掃描中包含哪些成分，恢復每一個成分時使用的熵編碼表，和(用于增量式DCT)掃描中包含哪些量化后的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)。對于無損過程，掃描參數(shù)指定預測值和點轉(zhuǎn)換。注意–如果掃描中只有一個圖像成分，根據(jù)定義，那個成分時非交替的。如果掃描中有多個圖像成分，根據(jù)定義，這些成分要交替出現(xiàn)。圖B.4中所示的標記和參數(shù)定義如下。每一個參數(shù)大小和允許的值由表B.3給出。SOS:掃描標記的開始–標記掃描參數(shù)的開始。Ls:掃描頭的長度–說明了圖B.4中所示的掃描頭的長度(參見B.1.1.4)。Ns:掃描中圖象成分的個數(shù)–說明了掃描中源圖像成分的個數(shù)。Ns的值應該等于出現(xiàn)于掃描頭中的掃描成分規(guī)范參數(shù)(Csj，Tdj，和Taj)的個數(shù)。Csj:掃描成分選擇子–選擇幀參數(shù)中詳述的Nf個圖像成分中的哪一個應該是掃描中的第j個成分。每一個Csj應該與幀頭中詳述的Ci值中的一個相對應，并且順序應該與在幀頭中的相同。如果Ns>1，則MCU中交替的成分的順序為Cs1第一，Cs2第二，等等。Ns>1，則以下限制應該被施加于掃描中包含的圖像成分上：其中Hj和Vj是掃描成分j的水平和垂直采樣因子。在幀頭中這些采樣因子被指定給成分i，其中i是幀成分規(guī)范索引，幀成分標識Ci對應于掃描成分選擇子Csj。例如，考慮一幅圖像具有3個成分，最大尺寸為512行，每行512個采樣值，并且采樣因子如下：然后求和Csj的值應該不同于Cs1到Csj–1的值。Tdj:DC熵編碼表目標選擇子–指定四個可能的DC熵編碼表中的一個，以滿足恢復成分Csj的DC系數(shù)的需要。當解碼器準備好解碼當前的掃描時，DC熵編碼表應該已經(jīng)被安裝在了這個目標位置(參見B.2.4.2和B.2.4.3)。對于無損過程，這個參數(shù)指定了熵編碼表。Taj:AC熵編碼表目標選擇子-指定四個可能的AC熵編碼表中的一個，以滿足恢復成分Csj的AC系數(shù)的需要。解碼器準備好解碼當前的掃描時，被選擇的AC熵編碼表應該已經(jīng)被安裝在了這個目標位置(參見B.2.4.2和B.2.4.3)。對于無損過程，這個參數(shù)為0.Ss:頻譜或預測值選擇的開始–在DCT操作模式中，這個參數(shù)指定了應該被編碼進掃描中的每一個zig-zag序列的塊的第一個DCT系數(shù)。對于順序DCT過程，這個參數(shù)應該被設為0。在無損操作模式中，這個參數(shù)用于選擇預測值。Se:頻譜選擇的結束–指定應該被編碼進掃描中的每一個zig-zag序列的塊的最后一個DCT系數(shù)。對于順序DCT過程，這個參數(shù)應該被設為63。在無損操作模式中，這個參數(shù)無意義，它應該被設為0.Ah:逐次逼近位位置高–這個參數(shù)為由Ss和Se說明的系數(shù)的頻帶指定了用于前掃描的點轉(zhuǎn)換(比如，在前掃描中逐次逼近位位置低)。對于系數(shù)的每一個頻帶的第一個掃描，這個參數(shù)應被設為0。在無損操作模式中，這個參數(shù)無意義，它應該被設為0.Al:逐次逼近位位置低或點轉(zhuǎn)換–在DCT操作模式中，這個參數(shù)指定點轉(zhuǎn)換，比如，位位置低，在編碼由Ss和Se說明的系數(shù)的頻帶前使用。對于順序DCT過程，這個參數(shù)應被設為0。在無損操作模式中，這個參數(shù)指定點轉(zhuǎn)換，Pt。熵編碼表目標選擇子，Tdj和Taj，指定霍夫曼表（幀中使用霍夫曼編碼）或者算術編碼表(幀中使用算術編碼)。在后一種情況中，熵編碼表目標選擇子指定一個算術編碼調(diào)節(jié)表目標和一個相關的統(tǒng)計區(qū)域。B.2.4表規(guī)范和各種標記段語法FigureB.5specifiesthat,attheplacesindicatedinFigureB.2,anyofthetable-specificationsegmentsormiscellaneousmarkersegmentsspecifiedinB.2.4.1throughB.2.4.6maybepresentinanyorderandwithnolimitonthenumberofsegments.如果任何一個為了特定目的的表規(guī)范出現(xiàn)在壓縮數(shù)據(jù)中，那么它應該取代為了相同目的而指定的前面的表，并且，無論何時幀中剩余的掃描或者隨后在壓縮圖像數(shù)據(jù)的縮略格式中出現(xiàn)的圖像指定了這個目的，則都應該使用這個表規(guī)范。如果對于一個給定的目的有多余一個的表規(guī)范出現(xiàn)在壓縮圖像數(shù)據(jù)中，則每一個規(guī)范都應該取代前面的規(guī)范。量化表規(guī)范在一個給定成分的增量式DCT掃描之間不應該發(fā)生改變。B.2.4.1量化表規(guī)范語法圖B.6詳述了定義了一個或多個量化表的標記段。圖B.6所示的標記和參數(shù)定義如下。各個參數(shù)的大小和允許的值在表B.4中給出。DQT:定義量化表標記–標記量化表規(guī)范參數(shù)的開始。Lq:量化表定義的長度–說明了圖B.6中所示的全部的量化表參數(shù)的長度(參見B.1.1.4)。Pq:量化表元素精度–指定Qk值的精度。值0表示Qk為8-bit；值1表示Qk為16-bit。對于8位采樣精度P，Pq應該為0(參見B.2.2)。Tq:量化表目標標識–為量化表將被安裝到的解碼器指定4個可能的目標中的一個。Qk:量化表元素–詳述64個元素中的第k個元素，其中k是在DCT系數(shù)的zig-zag序列中的索引。量化元素應該以zig-zag掃描的順序來制定。表B.4中的值n是DQT標記段描述的量化表的個數(shù)如果已經(jīng)為一個特定的目的定義了一個量化表，則它應該替代為那個目的而存儲的先前的表，并且，在當前圖像的剩余的掃描中，和隨后在壓縮圖像數(shù)據(jù)的縮略格式中出現(xiàn)的圖像中，需要引用該目的的表時，那個量化表應該得到使用。如果為了特定目的的表從來沒有定義過，但在幀頭中指定了這個目的時，則結果是不可預測的。一個使用8-bit精度量化表的基于DCT的程序不應該使用一個16-bit精度的量化表。B.2.4.2霍夫曼表規(guī)范語法圖B.7說明了用于定義一個或多個霍夫曼表規(guī)范的標記段。圖B.7中所示的標記和參數(shù)如下面定義。每一個參數(shù)的大小和允許的值有表B.5給出。DHT:定義霍夫曼表標記–標記霍夫曼表定義參數(shù)的開始。Lh:霍夫曼表定義的長度–指定了圖B.7中所示的所有霍夫曼表參數(shù)的長度(參見B.1.1.4)。Tc:表類-0=DC表或無損的表，1=AC表Th:霍夫曼表目標標識–在霍夫曼表應該被安裝到的解碼器中指定四個可能的目標之一。Li:霍夫曼編碼長度為i的碼字的個數(shù)–說明本規(guī)范允許的霍夫曼編碼的16個可能長度中的每一個的碼字的個數(shù)。Li是表BITS的元素。Vi,j:與每一個霍夫曼編碼相關的值–對于每一個i，指定與長度為i的每一個霍夫曼編碼相關聯(lián)的值。每一個值的含義由霍夫曼編碼模型決定。Vi,j是表HUFFVAL的元素。表B.5中的值n是DHT標記段中描述的霍夫曼表的個數(shù)。mt是霍夫曼表t中緊跟在16個Li(t)參數(shù)后面的參數(shù)的個數(shù)，其值由下式給出：通常情況下，每一個表的mt值是不同的。一旦已經(jīng)為一個特定目標定義了一個霍夫曼表，則它應該取代前面的為了相同目的而定義的表，并且，在當前圖像剩余的掃描中，和隨后在壓縮圖像數(shù)據(jù)的縮略格式中出現(xiàn)的圖像中，需要引用該目的的表時，那個量化表應該得到使用。如果為了特定目的的表從來沒有定義過，但在幀頭中指定了這個目的，則結果是不可預測的。B.2.4.3算術調(diào)節(jié)表規(guī)范語法圖B.8說明了用于定義一個或多個算術調(diào)節(jié)表規(guī)范的標記段。他們替代由SOI標記為算術編碼過程建立的算術編碼調(diào)節(jié)表。參見(F..4和F..1)圖B.8所示的標記和參數(shù)在下面定義。各個參數(shù)的大小和允許的值在表B.6中給出。DAC:定義算術編碼調(diào)節(jié)標記–標記算術編碼調(diào)節(jié)參數(shù)定義的開始。La:算術編碼調(diào)節(jié)定義長度–說明圖B.8所示的所有算術編碼調(diào)節(jié)參數(shù)的長度(參見B.1.1.4)Tc:表類-0=DC表或無損的表，1=AC表。Tb:算術編碼調(diào)節(jié)表目的標識-在算術編碼調(diào)節(jié)表應該被安裝到的解碼器中指定四個可能的目標之一。Cs:調(diào)節(jié)表值–在AC或DC(和無損的)調(diào)節(jié)表中的值。Cs的一個單個的值應該跟在Tb的每一個值之后。對于AC調(diào)節(jié)表，Tc應該為1，并且Cs應該包含一個在范圍1≤Kx≤63內(nèi)的Kx值。對于DC(或無損的)調(diào)節(jié)表Tc應該為0，并且Cs應該包含兩個4-bit參數(shù)，U和L。U和L應該在0≤L≤U≤15范圍內(nèi)，并且Cs的值應該為L+16×U表B.6中的值n是DAC標記段中描述的算術編碼調(diào)節(jié)表的個數(shù)。參數(shù)L和U是為DC系數(shù)編碼和無損編碼定義的在算術編碼過程中使用的下部和上部調(diào)節(jié)邊界。為DCT編碼列出的范圍在1-63的單獨的值是用于AC系數(shù)編碼的Kx調(diào)整。B.2.4.4重新開始間隔定義語法圖B.9說明了用于定義重新開始間隔的標記段。圖B.9所示的標記和參數(shù)在下面定義。各個參數(shù)的大小和允許的值在表B.7中給出。DRI:重新開始間隔定義標記–標記了重新開始間隔定義參數(shù)的開始。Lr:重新開始間隔定義短長度-說明了圖B.9中所示的DRI段中的參數(shù)的長度(參見B.1.1.4)Ri:重新開始間隔–指定了以