JPEG图像密写研究（三） 数据流译码

【原创】这次更新比较慢，译码过程比想象中复杂一些，更主要是译出来的DCT系数无法确定是否正确，要想验证就需要再进行正向压缩编码，再次形成jpeg图像验证正确，后续工作正在开展，这里就说一说译码的主要思路和过程。

说到译码过程，首先要了解jpeg图像数据流的组成：

数据流是以MCU（最小编码单元）为基本单位的，一个MCU又由若干个Y，Cr，Cb颜色分量单元组成，这里的颜色分量单元可以看作是一个8*8的矩阵，也就是译码过程中的最小单元了，可能读者对于这些结构的关系还不是很了解，OK，我们来看看下面这个图（word绘制，简洁易懂~）

一个MCU中的颜色分量单元个数由jpeg文件头中SOF0段中定义，SOF0段中有定义每个颜色分量的水平和垂直采样因子，这里假设水平，垂直采样因子分别为2:1:1,2:1:1。这个采样因子是什么意思呢，我们来看看上图。假设上图是一个16*16（像素）的图片，可以分成四个8*8的小矩阵，每个8*8小矩阵都是一个颜色分量单元，Y分量的水平采样因子为2则说明在一个MCU的水平方向上采样两次，垂直采样因子同理，因此在本例中一个MCU会有4个Y颜色分量单元，1个Cr颜色分量单元，1个Cb颜色分量单元。从这里我们也能得知一个MCU的大小是由水平、垂直采样因子的最大值决定的，假设分别为V_max和H_max，则MCU的大小为（V_max*8）*（H_max*8）。这些结构的关系如下：

颜色分量单元组成MCU，MCU组成数据流

 现在再来看看图片中含有多个MCU的情况，假设有四个，允许我再盗用一下上面的图哈，

可以看到，一幅图像里MCU是按行排列的，在数据流中保存的顺序就是MCU1、MCU2、MCU3、MCU4。。。。每个MCU中的顺序为Y1、Y2、Y3、Y4、Cr、Cb（这里是按采样因子4:1:1，其他也类似，总之就是按Y、Cr、Cb的顺序）。

了解了数据流的组成，下面就要开始译码工作了，这也是个烦杂的过程。。。。

在JPEG压缩过程中，不仅使用了哈夫曼编码，还使用了RLE行程编码和差分编码，真是极尽压缩啊。。。这三种编码在JPEG中是综合运用的，可以达到很好的压缩效果。本人这里就从解码的角度来进行介绍了，个人觉得从解码角度来理解更为方便~

首先，JPEG中直流和交流系数是分开进行编码的，也就是说译码的过程有些许不同，而且采用的哈夫曼树也是不同的，其次，JPEG中的每个颜色分量也是分开进行编码的，不同颜色分量采用的哈夫曼树也是不同的，具体的每个颜色分量的交直流系数采用的哈夫曼树ID可以从文件头的SOF0段中得知，SOF0段的内容可以看我的另一篇博文

http://www.cnblogs.com/gungnir2011/p/3615273.html

在数据流中是以bit为单位存储信息的，每个DCT系数（8*8）矩阵都有1个直流分量和63个交流分量，每个矩阵的译码都先译直流分量，再译交流分量，具体的步骤如下：

1.按bit读取，对直流哈夫曼树进行搜索，直到搜索到叶子节点，说明这时命中了一个编码，哈夫曼树的权值代表还需继续读取多少bit，比如权值为0x04，则说明继续读取4bit，这4bit的值根据译码表（后面会给出）获取的值就是直流DCT系数。

2.继续按bit读取，这时是对交流哈夫曼树进行搜索，直到叶子节点，这里的权值和直流不一样，权值的高四位代表即将译出的交流DCT系数前面有多少个0，这里是行程编码，低四位代表还需继续读取多少bit，之后获得系数和直流一样。

3.不断重复步骤2，直到满足结束条件：

• 读到的权值为0，则该矩阵中之后的所有值都为0，并结束该矩阵的译码；
• 63个交流分量都已全部译完。

译码表：

之后就是译完一个矩阵译下一个，译完一个颜色分量译下一个，直到所有译完~~

当然这只是理论，在实践过程中会遇到各种奇葩问题，下次更新中会详细说说我遇到的各种奇葩错误，现在还未完全写完译码部分，为了进度现在直接在研究libjpeg开源库，之后可能会找个时间把译码做完，未完待续~~

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JPEG图像密写研究（三） 数据流译码

原文：http://www.cnblogs.com/gungnir2011/p/3624715.html