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微处理机中的存放顺序有正序(big endian)和逆序(little endian)之分。正序存放就是高字节存放在前低字节在后，而逆序存放就是低字节在前高字节在后。例如，十六进制数为A02B，正序存放就是A02B，逆序存放就是2BA0。摩托罗拉(Motorola)公司的微处理器使用正序存放，而英特尔(Intel)公司的微处理器使用逆序。JPEG文件中的字节是按照正序排列的。
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CCIR 601推荐标准进行的彩色空间(参看第7章)。在这个彩色空间中，每个分量、每个像素的电平规定为255级，用8位代码表示。从RGB转换成YCbCr空间时，使用下面的精确的转换关系：
Y = 256 * E'y
Cb = 256 * [E'Cb] + 128
Cr = 256 * [E'Cr] + 128
其中亮度电平E'y和色差电平E'Cb和E'Cb分别是CCIR 601定义的参数。由于E'y的范围是0～1，E'Cb和E'Cb的范围是-0.5～+0.5，因此Y, Cb和Cr的最大值必须要箝到255。于是RGB和YCbCr之间的转换关系需要按照下面的方法计算。
(1) 从RGB转换成YCbCr
YCbCr(256级)分量可直接从用8位表示的RGB分量计算得到：
Y = 0.299 R + 0.587G + 0.114 B
Cb = - 0.1687R - 0.3313G + 0.5B + 128
Cr = 0.5 R - 0.4187G - 0.0813 B + 128
需要注意的是不是所有图像文件格式都按照R0，G0，B0，…… Rn，Gn，Bn的次序存储样本数据，因此在RGB文件转换成JFIF文件时需要首先验证RGB的次序。
(2) 从YCbCr转换成RGB
RGB分量可直接从YCbCr(256级)分量计算得到：
R = Y + 1.402 (Cr-128)
G = Y - 0.34414 (Cb-128) - 0.71414 (Cr-128)
B = Y + 1.772 (Cb-128)
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。
2 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：
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SOI 0xD8 图像开始
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APP0 0xE0 JFIF应用数据块
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APPn 0xE1 - 0xEF 其他的应用数据块(n, 1～15)
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DQT 0xDB量化表
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SOF0 0xC0 帧开始
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DHT 0xC4霍夫曼(Huffman)表
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SOS 0xDA扫描线开始
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EOI 0xD9 图像结束
为使读者对JPEG定义的标记一目了然，现将JPEG的标记码列于表6-05，并保留英文解释。
表6-05 JPEG定义的标记
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Symbol
(符号)
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Code Assignment
(标记代码)
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Description
(说明)
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Start Of Frame markers, non-hierarchical Huffman coding
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SOF0
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0xFFC0
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Baseline DCT
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SOF1
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0xFFC1
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Extended sequential DCT
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SOF2
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0xFFC2
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Progressive DCT
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SOF3
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0xFFC3
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Spatial (sequential) lossless
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Start Of Frame markers, hierarchical Huffman coding
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SOF5
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0xFFC5
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Differential sequential DCT
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SOF6
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0xFFC6
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Differential progressive DCT
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SOF7
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0xFFC7
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Differential spatial lossless
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Start Of Frame markers, non-hierarchical arithmetic coding
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JPG
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0xFFC8
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Reserved for JPEG extensions
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SOF9
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0xFFC9
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Extended sequential DCT
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SOF10
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0xFFCA
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Progressive DCT
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SOF11
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0xFFCB
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Spatial (sequential) Lossless
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Start Of Frame markers, hierarchical arithmetic coding
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SOF13
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0xFFCD
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Differential sequential DCT
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SOF14
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0xFFCE
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Differential progressive DCT
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SOF15
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0xFFCF
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Differential spatial Lossless
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Huffman table specification
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DHT
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0xFFC4
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Define Huffman table(s)
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arithmetic coding conditioning specification
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DAC
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0xFFCC
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Define arithmetic conditioning table
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Restart interval termination
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RSTm
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0xFFD0～0xFFD7
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Restart with modulo 8 counter m
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Other marker
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SOI
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0xFFD8
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Start of image
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EOI
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0xFFD9
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End of image
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SOS
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0xFFDA
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Start of scan
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DQT
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0xFFDB
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Define quantization table(s)
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DNL
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0xFFDC
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Define number of lines
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DRI
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0xFFDD
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Define restart interval
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DHP
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0xFFDE
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Define hierarchical progression
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EXP
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0xFFDF
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Expand reference image(s)
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APPn
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0xFFE0～0xFFEF
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Reserved for application use
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JPGn
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0xFFF0～0xFFFD
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Reserved for JPEG extension
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COM
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0xFFFE
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Comment
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Reserved markers
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TEM
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0xFF01
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For temporary use in arithmetic coding
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RES
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0xFF02～0xFFBF
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Reserved
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JPEG文件由下面的8个部分组成：
(1) 图像开始SOI(Start of Image)标记
(2) APP0标记(Marker)
① APP0长度(length)
② 标识符(identifier)
③ 版本号(version)
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)
⑤ X方向像素密度(X density)
⑥ Y方向像素密度(Y density)
⑦ 缩略图水平像素数目(thumbnail horizontal pixels)
⑧ 缩略图垂直像素数目(thumbnail vertical pixels)
⑨ 缩略图RGB位图(thumbnail RGB bitmap)
(3) APPn标记(Markers)，其中n=1～15(任选)
① APPn长度(length)
② 由于详细信息(application specific information)
(4) 一个或者多个量化表DQT(difine quantization table)
① 量化表长度(quantization table length)
② 量化表数目(quantization table number)
③ 量化表(quantization table)
(5) 帧图像开始SOF0(Start of Frame)
① 帧开始长度(start of frame length)
② 精度(precision)，每个颜色分量每个像素的位数(bits per pixel per color component)
③ 图像高度(image height)
④ 图像宽度(image width)
⑤ 颜色分量数(number of color components)
⑥ 对每个颜色分量(for each component)
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ID
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垂直方向的样本因子(vertical sample factor)
-
水平方向的样本因子(horizontal sample factor)
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量化表号(quantization table#)
(6) 一个或者多个霍夫曼表DHT(Difine Huffman Table)
① 霍夫曼表的长度(Huffman table length)
② 类型、AC或者DC(Type, AC or DC)
③ 索引(Index)
④ 位表(bits table)
⑤ 值表(value table)
(7) 扫描开始SOS(Start of Scan)
① 扫描开始长度(start of scan length)
② 颜色分量数(number of color components)
③ 每个颜色分量
-
-
ID
-
交流系数表号(AC table #)
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直流系数表号(DC table #)
④ 压缩图像数据(compressed image data)
(8) 图像结束EOI(End of Image)
表6-06表示了APP0域的详细结构。有兴趣的读者可通过UltraEdit或者PC TOOLS等工具软件打开一个JPG图像文件，对APP0的结构进行分析和验证。
表6-06 JFIF格式中APP0域的详细结构
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偏移
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长度
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内容
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块的名称
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说明
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0
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2 byte
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0xFFD8
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(Start of Image,SOI)
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图像开始
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2
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2 byte
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0xFFE0
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APP0(JFIF application segment)
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JFIF应用数据块
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4
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2 bytes
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length of APP0 block
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APP0块的长度
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6
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5 bytes
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"JFIF"+"0"
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识别APP0标记
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11
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1 byte
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<Major version>
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主要版本号(如版本1.02中的1)
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12
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1 byte
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<Minor version>
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次要版本号(如版本1.02中的02)
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13
|
1 byte
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<Units for the X
and Y densities>
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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
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14
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2 bytes
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<Xdensity>
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水平方向像素密度
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16
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2 bytes
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<Ydensity>
|
垂直方向像素密度
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18
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1 byte
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<Xthumbnail>
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缩略图水平像素数目
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19
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1 byte
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<Ythumbnail>
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缩略图垂直像素数目
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3n
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< Thumbnail RGB bitmap>
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缩略RGB位图(n为缩略图的像素数)
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Optional JFIF extension APP0 marker segment(s)
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任选的JFIF扩展APP0标记段
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……
|
|
……
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2 byte
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0xFFD9
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(EOI) end-of-file
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图像文件结束标记
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