JPEG解碼——(4)霍夫曼解碼

本篇是該系列的第四篇，主要介紹霍夫曼解碼相關內容。

承接上篇，文件頭解析完畢後，就進入了編碼數據區域，即SOS的tag後的區域，也是圖片數據量的大頭所在。

1. 解碼過程規則描述

a）今後顏色份量單元數據流的起點開始一位一位的讀入，直到讀入的編碼與該份量直流哈夫曼樹的某個碼字（葉子結點）一致，而後用直流哈夫曼樹

      查得該碼字對應的權值。權值（共8位）表示該直流份量數值的二進制位數，也就是接下來須要讀入的位數。

b）繼續讀入位數據，直到讀入的編碼與該份量交流哈夫曼樹的某個碼字（葉子結點）一致，而後用交流哈夫曼樹查得該碼字對應的權值。權值的高4位

      表示當前數值前面有多少個連續的零，低4 位表示該交流份量數值的二進制位數，也就是接下來須要讀入的位數。

c）不斷重複步驟b，直到知足交流份量數據結束的條件。

      而結束條件有兩個，只要知足其中一個便可：

①當讀入碼字的權值爲零，表示日後的交流變量所有爲零；
②已經讀入63個交流份量。

2. 待處理的數據區域

　　上面的規則描述過於抽象，須要一個例子來實戰說明，仍使用那張animal_park.jpg的圖片。

　　其二進制數據顯示以下（FFDA所表明的SOS以後深色標註區域）：

　　截取到的二進制數據爲：F9 96 8B FA 71 EA 5B 24 B5 ...

3. 準備好霍夫曼表

　　先列出四張霍夫曼表——DC0,AC0, DC1,AC1，待後面查找使用。

　　DC0——Y份量的直流部分

　　AC0——Y份量的交流部分（表太長，沒列全）

 

 　　DC1——UV份量的直流部分

　　AC1——UV份量的交流部分

4. 解碼步驟

　　這是難點所在，解碼的過程其實就是霍夫曼樹的查找過程。mcu單元內部使用了RLE行程編碼和霍夫曼編碼來壓縮數據。

　　例子：F9 96 8B FA 71 EA 5B 24 B5。。。

　　對應的二進制位展開：1111 1001, 1001 0110, 1000 1011, 1111 1010, 0111 0001, 1110 1010, 0101 1011, 0010 0100, 1011 0101。。。

step1. 先讀入若干位與DC0表的Code進行匹配。

          讀取2位的11時，  無匹配的Code，由於2位寬的Code只有0b00和0b01

                 3位的111        無                              3                           0b100，0b101和0b110。

                 4位的1111      無                              4                            0b1110。

                 5位的11111    無                              5                            0b11110。

                 6位的111110  有                              6                            0b111110，剛好匹配！其對應的CodeVal爲0x7

step2. 利用上面獲得的CodeVal進行拆分，並讀取後面若干位。
　　0x7=0x07，高四位爲0，低四位爲7，則再讀取後面的7位二進制，爲：01, 1001 0。
　　後面讀取的值，這樣算：若是開頭爲1則爲正數，若是開頭爲0，則爲負數，而後對各位求反獲得數值，便可。

　　01, 1001 0這個值，因爲開頭爲0，則爲負數，多少呢？取反獲得：10, 01101 = 0x4D = 77，最後獲得最終值爲：-77。

step3. 經過上面兩步驟的第一次掃描，獲得的爲Y份量的DC值，後面還需通過63次掃描獲得剩餘的AC值（通常掃描幾回就結束了）。

　　上面DC值標記爲-77。

step4. 繼續經過相似step1和step2來取得AC值，注意要查找AC0表。

　　讀取5位的110, 10時，有匹配的Code：0b11010=0x1a，其對應的CodeVal=0x04；
　　取得後四位的值——4，表示還需讀取的二進制位數量，來表示真正的信源值——0b0010，經（step2中描述）變換後值爲-13；
　　那麼能夠RLE標記爲（0，-13），其中0來自於CodeVal的高4位，-13爲另讀入的數據值。可也記爲key-val對。

step5. 重複step4的操做，直到獲得(0，0)(位置爲5B那個字節的最高四位)。

 　　後面的依次爲：

  Code                                CodeVal          RLE_val         RLE

 11, 1111 1010(0x3FA)         0x34            0111(-8)         (3, -8)

 00                                        0x1              0 (-1)              (0, -1)

 1, 1110 10(0x7A)                 0x71            1(1)                 (7, 1)

00                                          0x1             1(1)                 (0, 1)

01                                          0x0              --                    (0, 0)  -> 結束於5B的高4位

step6. 經過step1-step5的掃描，獲得數據：-77, (0, -13), (3, -8),(0, -1),(7, 1), (0, 1), (0, 0)

step7. step1到step6結束後，表示一個mcu的霍夫曼解碼結束。

　　RLE中的(m,n)，m表示前面填充0的個數，n表示實際值。

　　其解碼結果以下：