一、libjpeg 簡(jiǎn)介

libjpeg 是一個(gè)用于處理 JPEG（Joint Photographic Experts Group）圖像文件的開(kāi)源 C 庫(kù)，主要功能包括 JPEG 圖像的編碼（壓縮）與解碼（解壓縮）。它由 Independent JPEG Group (IJG) 開(kāi)發(fā)，廣泛用于嵌入式系統(tǒng)、圖像編輯軟件、瀏覽器等需要處理 JPEG 圖像的場(chǎng)景。

IJG 是一個(gè)非正式組織，負(fù)責(zé)編寫和分發(fā)廣泛使用的免費(fèi) JPEG 圖像壓縮庫(kù)。第一個(gè)版本于 1991 年 10 月 7 日發(fā)布。當(dāng)前版本是 2024 年 1 月 14 日發(fā)布的 9f 版本。這為許多應(yīng)用程序的 JPEG 支持奠定了穩(wěn)定而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、JPEG 格式簡(jiǎn)介

JPEG 是一種有損壓縮的圖像格式，設(shè)計(jì)目的是在盡可能小的文件大小下保留盡可能高的視覺(jué)質(zhì)量。JPEG 壓縮的核心基于以下步驟：

1. 顏色空間轉(zhuǎn)換：從 RGB 轉(zhuǎn)為 YCbCr 色彩空間，分離亮度（Y）與色度（Cb、Cr）信息。
2. 采樣率降采樣：降低色度分量的分辨率，減少數(shù)據(jù)量。
3. 離散余弦變換 (DCT)：將圖像塊從空間域轉(zhuǎn)換到頻率域。
4. 量化：通過(guò)對(duì)高頻分量進(jìn)行更強(qiáng)的壓縮來(lái)減少不明顯的細(xì)節(jié)。
5. 熵編碼：使用霍夫曼編碼或算術(shù)編碼進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)。

三、libjpeg 的主要功能unsetunset

libjpeg 提供了一套功能豐富的接口，支持以下功能：

1. JPEG 編碼與解碼：支持標(biāo)準(zhǔn) JPEG 文件的讀寫。
2. 多種圖像格式支持：支持灰度、彩色、子采樣等多種格式。
3. 自定義壓縮質(zhì)量：允許用戶調(diào)整壓縮質(zhì)量以控制文件大小與圖像質(zhì)量的平衡。
4. 擴(kuò)展性：支持插入自定義標(biāo)記（metadata），并允許用戶操作圖像流。

四、libjpeg 的技術(shù)架構(gòu)unsetunset

libjpeg 的核心架構(gòu)分為以下幾部分：

1. 數(shù)據(jù)輸入/輸出處理器：

• 提供標(biāo)準(zhǔn)的輸入流與輸出流接口。
• 支持文件、內(nèi)存緩沖區(qū)等多種數(shù)據(jù)來(lái)源。

2. 壓縮與解壓模塊：

• 壓縮模塊：將像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 JPEG 數(shù)據(jù)流。
• 解壓模塊：解析 JPEG 數(shù)據(jù)流并恢復(fù)為像素?cái)?shù)據(jù)。

3. 色彩轉(zhuǎn)換器：

• 提供從 RGB 到 YCbCr 的轉(zhuǎn)換。
• 支持不同子采樣率的配置。

4. DCT 和量化模塊：

• 負(fù)責(zé)離散余弦變換和頻域數(shù)據(jù)的量化。
• 使用標(biāo)準(zhǔn)或自定義量化表。

5. 熵編碼模塊：

• 提供霍夫曼編碼與解碼功能。
• 可選擇算術(shù)編碼（需要啟用）。

五、libjpeg 的使用方法

1. 編碼（壓縮）

以下是使用 libjpeg 將 RGB 圖像編碼為 JPEG 文件的基本流程：

#include 
#include 

void write_jpeg(const char *filename, unsigned char *image, int width, int height, int quality) {
    struct jpeg_compress_struct cinfo;
    struct jpeg_error_mgr jerr;

    FILE *outfile = fopen(filename, "wb");
    if (!outfile) {
        fprintf(stderr, "Error: Cannot open file %s\n", filename);
        return;
    }

    cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
    jpeg_create_compress(&cinfo);

    jpeg_stdio_dest(&cinfo, outfile);

    cinfo.image_width = width;
    cinfo.image_height = height;
    cinfo.input_components = 3;  // RGB
    cinfo.in_color_space = JCS_RGB;

    jpeg_set_defaults(&cinfo);
    jpeg_set_quality(&cinfo, quality, TRUE);

    jpeg_start_compress(&cinfo, TRUE);

    JSAMPROW row_pointer;
    while (cinfo.next_scanline < cinfo.image_height) {
        row_pointer = &image[cinfo.next_scanline * width * 3];
        jpeg_write_scanlines(&cinfo, &row_pointer, 1);
    }

    jpeg_finish_compress(&cinfo);
    fclose(outfile);
    jpeg_destroy_compress(&cinfo);
}

2. 解碼（解壓縮）

解碼 JPEG 文件到內(nèi)存：

#include 
#include 

unsigned char* read_jpeg(const char *filename, int *width, int *height) {
    struct jpeg_decompress_struct cinfo;
    struct jpeg_error_mgr jerr;

    FILE *infile = fopen(filename, "rb");
    if (!infile) {
        fprintf(stderr, "Error: Cannot open file %s\n", filename);
        return NULL;
    }

    cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
    jpeg_create_decompress(&cinfo);

    jpeg_stdio_src(&cinfo, infile);
    jpeg_read_header(&cinfo, TRUE);
    jpeg_start_decompress(&cinfo);

    *width = cinfo.output_width;
    *height = cinfo.output_height;
    int row_stride = cinfo.output_width * cinfo.output_components;

    unsigned char *image = malloc(cinfo.output_height * row_stride);
    JSAMPROW row_pointer[1];

    while (cinfo.output_scanline < cinfo.output_height) {
        row_pointer[0] = &image[cinfo.output_scanline * row_stride];
        jpeg_read_scanlines(&cinfo, row_pointer, 1);
    }

    jpeg_finish_decompress(&cinfo);
    fclose(infile);
    jpeg_destroy_decompress(&cinfo);

    return image;
}

六、libjpeg 的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

• 輕量級(jí)，適合嵌入式系統(tǒng)。
• 高性能，編碼與解碼效率高。
• 開(kāi)源，跨平臺(tái)支持良好。

缺點(diǎn)：

• 不支持 JPEG2000 等更現(xiàn)代的格式。
• 有限的擴(kuò)展性，不支持復(fù)雜的圖像處理功能。

七、ubuntu16.04下交叉編譯libjpeg

官網(wǎng) : https://www.ijg.org/

下載 jpegsrc.v9b.tar.gz : http://www.ijg.org/files/jpegsrc.v9b.tar.gz

編譯步驟

1. 配置

./configure RANLIB=/opt/SDK/arm-linux-gnueabihf-ranlib 
--prefix=/opt/libjpeg-9f 
--exec-prefix=/opt/libjpeg-9f 
--enable-shared 
--enable-static 
-host=arm-linux-gnueabihf

2. 編譯

make -j4

make install

libjpeg 是圖像處理領(lǐng)域的經(jīng)典工具，憑借其高效、穩(wěn)定的特性，成為 JPEG 圖像壓縮和解壓的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。盡管現(xiàn)代圖像格式不斷涌現(xiàn)（如 WebP、AVIF），libjpeg 仍然是許多系統(tǒng)的首選。對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，掌握 libjpeg 的使用方法是高效處理 JPEG 圖像的基礎(chǔ)技能。