一、libjpeg 簡介
libjpeg 是一個(gè)用于處理 JPEG（Joint Photographic Experts Group）圖像文件的開源 C 庫，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。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質(zhì)量。JPEG 壓縮的核心基于以下步驟：
- 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。
- 采樣率降采樣：降低色度分量的分辨率，減少數(shù)據(jù)量。
- 離散余弦變換 (DCT)：將圖像塊從空間域轉(zhuǎn)換到頻率域。
- 量化：通過對(duì)高頻分量進(jìn)行更強(qiáng)的壓縮來減少不明顯的細(xì)節(jié)。
- 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：
- JPEG 編碼與解碼：支持標(biāo)準(zhǔn) JPEG 文件的讀寫。
- 多種圖像格式支持：支持灰度、彩色、子采樣等多種格式。
- 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。
- 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：
-
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)來源。
-
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)。
-
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。
-
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。
-
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)于開發(fā)者來說，掌握 libjpeg 的使用方法是高效處理 JPEG 圖像的基礎(chǔ)技能。