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图像库 libjpeg-turbo 编译与实践

在之前的文章中已经陆续介绍了 stb_image、libpng 的使用,相关链接如下:

【​​简单易用的图像解码库介绍 —— stb_image​​】

【​​图像库 libpng 编译与实践​​】

而今天的主题就是 libjpeg-turbo 。

它的官网地址如下:

​​https://libjpeg-turbo.org/​​

它的 github 地址如下:

​​https://github.com/libjpeg-turbo/libjpeg-turbo​​

编译

在 libjpeg-turbo 的源码中就已经有了讲述如何编译的 BUILDING.md 文件,还是使用 CMake 进行编译,大体方法和参数设置都大同小异了。

参考源码给出的编译代码:

# Set these variables to suit your needs
# 设置交叉编译的变量
NDK_PATH={full path to the NDK directory-- for example,
/opt/android/android-ndk-r16b}
TOOLCHAIN={"gcc" or "clang"-- "gcc" must be used with NDK r16b and earlier,
and "clang" must be used with NDK r17c and later}
ANDROID_VERSION={the minimum version of Android to support-- for example,
"16", "19", etc.}

cd {build_directory}
cmake -G"Unix Makefiles" \
-DANDROID_ABI=armeabi-v7a \
-DANDROID_ARM_MODE=arm \
-DANDROID_PLATFORM=android-${ANDROID_VERSION} \
-DANDROID_TOOLCHAIN=${TOOLCHAIN} \
-DCMAKE_ASM_FLAGS="--target=arm-linux-androideabi${ANDROID_VERSION}" \
-DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=${NDK_PATH}/build/cmake/android.toolchain.cmake \
[additional CMake flags] {source_directory}
make

由于 CMake 跨平台编译的特性,在进行交叉编译时要设置很多相关参数,比如编译的目标系统平台、交叉编译工具链、NDK 目录等。

详细的编译脚本可以参考项目中的:

​​https://github.com/glumes/InstantGLSL/tree/master/libjpeg_turbo_source/build_script​​

该目录下给出了编译 armeabi、armeabi-v7a、arm64-v8a、x86、x86_64 等平台的编译脚本。修改一下相应文件路径,就能在 MAC 系统上编译 so 了。

另外如果是在 Android Studio 中用 CMake 编译 so,你会发现很少要设置那些参数,这是因为 Android Studio 中的 CMake 默认就设置好了那些参数。

因此还有一种更简单的方式进行编译,直接将 libjpeg-turbo 源码内容复制到 Android Studio 工程目录的 cpp 文件夹下,然后把 app 的 build.gradle 中 cmake path 改成 libjpeg-turbo 的 CMakeLists.txt 路径,如下所示:

externalNativeBuild {
cmake {
path "src/main/cpp/libjpeg_turbo_source/CMakeLists.txt"
// path "CMakeLists.txt"
}
}

然后直接编译,在 build/intermediates/cmake 路径下依旧可以找到编译好的 so 文件。

以上两种方式都可以实现 libjpeg-turbo 的编译,看个人喜好了。而且这种库一旦编译好了,以后也很少去更改,一劳永逸~~~

实践

在 libjpeg-turbo 的源码中有个 example.txt 文件,详细讲述了如何利用该库进行图片压缩和解压缩。

基本上照着文件内容看一遍就懂了,在这里还会大概讲述下,并且会用另一个实例来演示,也就是之前常用的,获取 jpeg 图像文件像素内容并且上传纹理。

压缩

在 Android 中通过 Java 方法也可以实现 Jpeg 的文件,因为底层就是基于 libjpeg 的。而 libjpeg-turbo 的压缩速度会比 Android 原生的速度更快了。

Android 中 Jpeg 文件压缩的方法如下:

compress(CompressFormat format, int quality, OutputStream stream)

其中重要的参数就是 quality ,代表要压缩的质量,而在 libjpeg-turbo 也会有这样的参数要设置。

libjpeg-turbo 的使用逻辑和 libpng 有点类似,首先都是要设置一个错误返回点,并且有一个结构体来存储信息。

在 libjpeg-turbo 进行压缩时,用到的结构体是 ​​jpeg_compress_struct​​​ ,解压则是 ​​jpeg_decompress_struct​​,两者名字上有着单词的不同。

而在 libpng 中,创建结构体的方法 ​​png_create_write_struct​​​ 和 ​​png_create_read_struct​​ 相配对,一个 write,一个 read 。

使用 libjpeg-turbo 的主要步骤如下:

  1. 设置压缩后的输出方式,可以的是文件的形式,也可以是内存数据格式
  2. 配置压缩的相关设置项,比如压缩后的图像宽高、压缩质量等
  3. 进行压缩,逐行读取数据源像素内容
  4. 压缩结束,得到压缩后的数据

对应到代码的逻辑如下:

struct jpeg_compress_struct jpegCompressStruct;
// 创建代表压缩的结构体
jpeg_create_compress(&jpegCompressStruct);

// 文件方式输出 还有一种是内存方式
jpeg_stdio_dest(&jpegCompressStruct, fp);
// 设置压缩的相关参数信息
jpegCompressStruct.image_width = w;
jpegCompressStruct.image_height = h;
jpegCompressStruct.arith_code = false;
jpegCompressStruct.input_components = nComponent;
// 设置解压的颜色
jpegCompressStruct.in_color_space = JCS_RGB;
jpeg_set_defaults(&jpegCompressStruct);
// 压缩的质量
jpegCompressStruct.optimize_coding = quality;
jpeg_set_quality(&jpegCompressStruct, quality, true);

首先是创建结构体 jpeg_compress_struct ,通过该结构体来完成压缩数据输出、配置压缩选项操作。

压缩数据输出有两种方式:

// 以文件的方式
jpeg_stdio_dest(j_compress_ptr cinfo, FILE *outfile);
// 以内存的方式
jpeg_mem_dest(j_compress_ptr cinfo, unsigned char **outbuffer,
unsigned long *outsize)

另外,压缩选项除了常见的宽高信息、颜色类型,还有最重要的图像质量参数,通过专门的方法进行设置。

jpeg_set_quality(j_compress_ptr cinfo, int quality,
boolean force_baseline)

设置完要压缩的相关信息后,就可以开始压缩了。

// 开始压缩
jpeg_start_compress(&jpegCompressStruct, true);
// JSAMPROW 代表每行的数据
JSAMPROW row_point[1];
int row_stride = jpegCompressStruct.image_width * nComponent;

while (jpegCompressStruct.next_scanline < jpegCompressStruct.image_height) {
// data 参数就是要压缩的数据源
// 逐行读取像素内容
row_point[0] = &data[jpegCompressStruct.next_scanline * row_stride];
// 写入数据
jpeg_write_scanlines(&jpegCompressStruct, row_point, 1);
}

// 完成压缩
jpeg_finish_compress(&jpegCompressStruct);
// 释放相应的结构体
jpeg_destroy_compress(&jpegCompressStruct);

主要的代码就在于 while 循环中。

​next_scanline​​​ 类似于一个状态变量,需要逐行去扫描图像内容并写入,每次 jpeg_write_scanlines 方法之后,​​next_scanline​​ 就会递增,直到退出循环。

解压缩

解压和压缩的代码结构大致相同了。

jpeg_create_decompress(&cinfo);
// 设置数据源数据方式 这里以文件的方式,也可以以内存数据的方式
jpeg_stdio_src(&cinfo, fp);
// 读取文件信息,比如宽高之类的
jpeg_read_header(&cinfo, TRUE);

其中 jpeg_read_header 方法可以获取要解压的文件相关信息。

接下来设置解压的相关参数:

jpeg_start_decompress(&cinfo);
unsigned long width = cinfo.output_width;
unsigned long height = cinfo.output_height;
unsigned short depth = cinfo.output_components;
row_stride = cinfo.output_width * cinfo.output_components;

定义相关的数据变量,来保存解压的数据。

// 保存每行解压的数据内容    
JSAMPARRAY buffer;
// 初始化
buffer = (*cinfo.mem->alloc_sarray)((j_common_ptr) &cinfo, JPOOL_IMAGE, row_stride, 1);

// 保存图像的所有数据
unsigned char *src_buff;
// 初始化并置空
src_buff = static_cast<unsigned char *>(malloc(width * height * depth));
memset(src_buff, 0, sizeof(unsigned char) * width * height * depth);

这里使用的是 ​​JSAMPARRAY​​​ 来保存,在 libjpeg-turbo 中其实有多种结构来表示图像数据类型,压缩中用到的就是 ​​JSAMPROW​​ 。

/* Data structures for images (arrays of samples and of DCT coefficients).
*/
typedef unsigned char JSAMPLE;
typedef JSAMPLE *JSAMPROW; /* ptr to one image row of pixel samples. */
typedef JSAMPROW *JSAMPARRAY; /* ptr to some rows (a 2-D sample array) */
typedef JSAMPARRAY *JSAMPIMAGE; /* a 3-D sample array: top index is color */

通过上述代码不难看出,​​JSAMPROW​​​ 其实就是一维数组,而 ​​JSAMPARRAY​​ 就是二维数组。以下两行代码可以说是等价的:

JSAMPARRAY buffer = nullptr;
JSAMPROW *row_pointer = nullptr;

因为 ​​JSAMPARRAY​​​ 的定义就是 ​​JSAMPROW *​​ 。

具体用哪个更好,要看调用方法需要的参数类型了,​​jpeg_write_scanlines​​​ 和 ​​jpeg_read_scanlines​​​ 这两个方法需要的都是 ​​JSAMPARRAY​​ 类型。

另外,代码中还声明并初始化了 ​​src_buff​​ 变量,该变量就是用来表示解压后的图像数据。

具体解压的逻辑也比较清楚了,逐行扫描图像,用 ​​buffer​​​ 变量去存储图像每行解压的数据,然后把这个数据给到 ​​src_buff​​ 变量,如下代码所示:

unsigned char *point = src_buff;

while (cinfo.output_scanline < height) {
jpeg_read_scanlines(&cinfo, buffer, 1);
memcpy(point, *buffer, width * depth);
point += width * depth;
}

jpeg_finish_decompress(&cinfo);
jpeg_destroy_decompress(&cinfo);

这里用到了 ​​point​​ 这样的临时变量,实际上,这样的用法在 C++ 开发中应该算比较常见的。

因为把 ​​buffer​​​ 的数据传到 ​​src_buff​​​ 后,​​src_buff​​​ 指针要移动到下一个点去接收数据,这样一来,指针指向的位置就不是原始位置了,所以才需要临时变量去做移动操作,保证 ​​src_buff​​ 指向的位置为起始点。

最后,别忘了释放相应的变量,做一些收尾工作,解压就完成了。

jpeg 上传纹理渲染

说完了压缩和解压缩,最后以一个例子来实际应用,也是之前文章中常用的例子,通过 libjpeg-turbo 读取 jpeg 文件图像内容并上传纹理渲染。

// 封装 jpeg 相关操作
JpegHelper jpegHelper;
// 读取的图像内容
unsigned char *jpegData;
int jpegSize;
int jpegWidth;
int jpegHeight;
// 读取操作
jpegHelper.read_jpeg_file(filePath, &jpegData, &jpegSize, &jpegWidth, &jpegHeight);

最终要获取的就是 ​​jpegData​​​ 图像内容,并通过 ​​glTexImage2D​​ 等方法渲染到纹理上。

​read_jpeg_file​​ 方法的声明如下:

int read_jpeg_file(const char *jpeg_file, unsigned char **rgb_buffer, 
int *size, int *width,int *height)

​rgb_buffer​​​ 参数的数据类型,既可以声明成 ​​unsigned char **​​​ 这样指针的地址,也可以声明成引用 ​​unsigned char *&​​ ,大同小异。

至于具体的读取操作,和上面的解压缩过程大致相同,就不在阐述一遍了,可以查看我的项目代码实践:

​​https://github.com/glumes/InstantGLSL​​

总结

至此,总结了常用的三种图像库的编译和使用。

这三种图像库各有特点,要根据实际需要,选择最合适的。但实际我们用到的无非就是图像的读写操作。读取特定格式图像的像素内容,或者将像素内容写入特定格式文件。

平时写 demo ,追求简单方便的,就用 ​​stb_image​​​,对性能有要求的,针对特定格式的选择 ​​libpng​​​ 或者 ​​libjpeg-turbo​​。


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