수안이의 컴퓨터 연구실

JFIF :

지금까지 설명한 원리에 따라 JPEG 이미지가 저장이 되는데 JPEG 파일의 실제 구조는 어떠한지 알아보자. 이미 설명했듯이 JPEG 파일 구조란 JFIF(JPEG File Interchange Format)을 의미한다. JPEG 파일은 그림 1과 같이 여러 개의 블록으로 나뉘어져 있다.

그림 1 JFIF의 구조

각 블록은 Marker에 의해 구분된다. Marker는 &HFF로 시작되는 두 바이트 데이터로 marker 하나로 끝나는 것도 있고 marker 뒤에 추가 데이터가 더 붙는 것도 있다. 추가 데이터가 더 붙는 경우 marker 뒤에 2바이트의 데이터 길이가 오고 그 다음 추가 데이터가 온다. 데이터 길이는 데이터 길이 필드를 포함한 길이다. 한가지 주의할 것이 지금까지 살펴본 그래픽 파일에서는 상위 바이트와 하위 바이트의 순서가 바뀌어서 저장되어 있는데 JPEG 파일에서는 그 순서가 뒤바뀌어서 저장되지 않는다는 점이다. 예를 들어 &H12 &H3F 순으로 저장되어 있다면 &H3F12가 아니고 &H123F를 가리키는 것이다.

JFIF에서 사용되는 marker는 표 1과 같다.

표 1 JFIF에서 사용되는 marker

JPEG 표준에는 이보다 더 많은 marker들이 정의되어 있으나 JFIF에서는 거의 쓰이지 않는다. 각 블록을 더 자세히 살펴보자.

SOI와 APP0 JFIF Marker : 파일의 맨 처음 오는 marker들로 주로 JFIF임을 확인하는 용도로 사용된다. 그 구조는 표 2와 같다.

표 2 SOI와 APP0 JFIF marker의 구조

추가 보조 Marker : APP0 marker 외에 미리 보기 이미지를 추가로 더 넣거나 주석을 달기 위해 몇 가지 marker가 더 올 수 있다. 보통 이들 marker들은 그림 이미지 자체에 전혀 영향을 주지 않으며 어플리케이션 프로그램에서 보조 자료로 쓰일 뿐이다. marker 뒤에 추가 데이터 길이 필드가 오는데 이를 이용해 다음 marker로 건너 뛸 수 있다.

DQT marker : DQT는 양자화 테이블(Quantization table)을 보관하는 블록이다. 표 3과 같은 구조로 되어 있다.

표 3 DQT marker의 구조

JFIF는 최대 4개의 양자화 테이블을 보관할 수 있다. 각각의 양자화 테이블 구조는 표 4와 같다. 테이블 값은 8비트 샘플링의 경우 1바이트, 12비트 샘플링의 경우 2바이트 크기를 가진다.

표 4 양자화 테이블의 구조

그림 2 양자화 테이블 값이 저장된 순서

SOF marker : SOF는 그림 이미지의 크기 및 샘플링에 관한 정보를 보관하고 있다. 표 5는 SOF 블록의 구조이다.

표 5 SOF marker 구조

JFIF는 Y, Cb, Cr 세 가지 성분 중 하나 또는 3가지 모두를 저장할 수 있다. 각 성분에 대한 정보는 표 6과 같은 구조로 저장되어 있다.

표 6 YCbCr 성분에 대한 정보

SOF는 JPEG 파일 안에 오직 하나만 존재할 수 있다.

DHT marker : DHT는 Huffman 코드 테이블을 보관하고 있는 블록이다. Huffman 코드 테이블은 AC 계수용, DC 계수용이 따로 보관되며 각각 최대 4개의 테이블을 가질 수 있다. 각 테이블의 구조는 표 7과 같다.

하나의 Huffman table 구조

표 7 DHT marker

SOS marker : SOS는 각 성분들이 어떤 Huffman table을 사용할지 알려주는 블록이다. 그 구조는 표 8과 같다.

표 8 SOS marker

Scan description은 성분의 개수만큼 있는데 각각의 구조는 표 9와 같다.

표 9 각 성분의 scan description

SOS가 시작되기 전에 최소한 하나 이상의 DHT, DQT와 하나의 SOF가 있어야 한다.

스캔 데이터 : SOS 바로 다음에 스캔 데이터 블록이 오게 되는데 스캔 데이터는 픽셀들의 색 정보를 샘플링-DCT-양자화-Huffman coding 과정을 거쳐 만들어낸 데이터이다. 이렇게 해서 만들어진 스캔 데이터를 다시 원래 픽셀 정보로 바꾸려면 역으로 Huffman decoding-역양자화(Dequantization)-IDCT-업 샘플링 과정을 거치면 된다.

Restart marker : restart marker (RST)는 유일하게 스캔 데이터 안에 존재하는 marker로 손상된 JPEG을 최대한 복원하기 위해 사용하는 marker이다.

SOS 이전에 DRI(Define Restart Interval) marker로 restart 간격을 정의를 한다. DRI marker의 구조는 표 10과 같다.

표 10 Restart marker

DRI에 정의된 restart 간격이 0보다 크면 그 간격만큼의 MCU 마다 RST marker가 놓이게 된다. 예를 들어 restart 간격이 N이라면 그림 3과 같이 N개의 MCU 데이터 마다 RST marker가 놓인다.

그림 3 RST marker

RST marker는 RST0부터 RST7까지 8개가 있는데 순차적으로 나타나며 RST7 다음에는 RST0이 다시 나오게 된다.