性能優化 (四) ubuntu 完美編譯 libjpeg 圖像壓縮庫，媲美微信圖片壓縮算法

時間  2019-11-06
標籤 性能 優化 ubuntu 完美 編譯 libjpeg 圖像 壓縮 媲美 微信 圖片 算法 欄目 系統性能 简体版
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使用方式

  1. 在 project/build.gradle 上添加如下代碼

    allprojects {
		repositories {
			...
			maven { url 'https://jitpack.io' }
		}
	}
複製代碼

  2. 在 app/build.gradle 添加依賴

    dependencies {
        implementation 'com.github.yangkun19921001:LIBJPEG_SAMPLE:v1.0.1'
}
複製代碼

  3. 壓縮使用

    //bitmap : 須要壓縮的 bitmap
//q : 壓縮質量 建議 30 - 50
//outputFilePath: 壓縮以後存儲的圖片地址
JpegUtils.native_Compress(Bitmap bitmap,int q,String outputFilePath);
複製代碼

JEPG 是什麼?

相信有一部分使用 iPhone 手機用微信發送圖片的時候，明明圖片大小隻有 1M ，但清晰度比 Android 手機 5 M 圖片大小的還要清晰，那麼這是爲何呢 ？。

當時谷歌開發 Android 的時候，考慮了大部分手機的配置並無那麼高，因此對圖片處理使用的是 Skia。固然這個庫的底層仍是用的 jpeg 圖片壓縮處理。可是爲了可以適配低端的手機（這裏的低端是指之前的硬件配置不高的手機，CPU 和內存在手機上都很是吃緊，性能差），因爲哈夫曼算法比較吃 CPU 而且編解碼慢，被迫用了其餘的算法。因此 Skia 在進行圖片處理在低版本中並無開啓哈弗曼算法。

那麼，JEPG 究竟是什麼？JEPG (全稱是 Joint Photographic Experts Group) 是一種常見的一種圖像格式，爲何我在這裏會提到 JEPG 呢？是由於開源了一個 C/C++ 庫底層是基於哈夫曼算法對圖片的壓縮 (libjpeg)，下面咱們就來着重瞭解下 libjpeg 這個庫

libjpeg 簡介

libjpeg-turbo 是一個 JPEG 圖像編解碼器，它使用 SIMD 指令（MMX，SSE2，AVX2，NEON，AltiVec）來加速 x86，x86-64，ARM 和 PowerPC 系統上的基線 JPEG 壓縮和解壓縮，以及漸進式JPEG 壓縮 x86 和 x86-64 系統。在這樣的系統上，libjpeg-turbo 的速度一般是 libjpeg 的 2 - 6 倍，其餘條件相同。在其餘類型的系統上，憑藉其高度優化的霍夫曼編碼例程，libjpeg-turbo 仍然能夠大大超過 libjpeg。在許多狀況下，libjpeg-turbo 的性能可與專有的高速 JPEG 編解碼器相媲美。 libjpeg-turbo 實現了傳統的 libjpeg API 以及功能較弱但更直接的 TurboJPEG API 。 libjpeg-turbo 還具備色彩空間擴展，容許它從/解壓縮到32位和大端像素緩衝區（RGBX，XBGR等），以及功能齊全的 Java 接口。 libjpeg-turbo 最初基於 libjpeg / SIMD，這是由 Miyasaka Masaru 開發的 libjpeg v6b 的 MMX 加速衍生物。 TigerVNC 和 VirtualGL 項目在 2009 年對編解碼器進行了大量加強，而且在2010年初，libjpeg-turbo 分拆成一個獨立項目，目標是爲更普遍的用戶提供高速 JPEG壓縮/解壓縮技術。開發人員。

如今咱們大概瞭解到了 libjpeg 是一個對圖像編解碼庫，如今咱們須要準備環境去編譯 libjpeg。

編譯準備工做

系統: Ubuntu 18.04 也可使用我下載好的 提取碼：biyt

libjpeg: libjepg 2.0.2

cmake: cmake-3.14.4-Linux-x86_64.tar.gz

ndk: android-ndk-r17c

開始發車準備編譯

  1. ubuntu 中下載 libjpeg

    1. wget github.com/libjpeg-tur…

    2. 解壓 tar xvf 2.0.2.tar.gz

    3. 編譯參考

  2. ubuntu 中安裝 cmake

    1. 刪除原來的 apt-get autoremove cmake

    2. wget github.com/Kitware/CMa…

    3. 解壓 tar zxvf cmake-3.14.3.tar.gz

    4. 建立軟鏈接

      1. mv cmake-3.14.3-Linux-x86_64 /opt/cmake-3.14.3
      2. ln -sf /opt/cmake-3.14.3/bin/* /usr/bin/

      輸入 cmake -- version 若是有這樣的顯示錶明安裝成功

  3. 進入到 libjpeg 目錄，生成 shell 腳本

    1. vim build.sh 新建一個文件

      # lib-name
MY_LIBS_NAME=libjpeg-turbo_2.0.2
# 源碼目錄
MY_SOURCE_DIR=/home/yangkun/libjpeg-turbo-2.0.2
MY_BUILD_DIR=yangkun

# android-cmake
CMAKE_PATH=/opt/cmake-3.14.4/bin

export PATH=${CMAKE_PATH}/bin:$PATH

NDK_PATH=/home/yangkun//android-ndk-r17c
BUILD_PLATFORM=linux-x86_64
TOOLCHAIN_VERSION=4.9
ANDROID_VERSION=24

ANDROID_ARMV5_CFLAGS="-march=armv5te"
ANDROID_ARMV7_CFLAGS="-march=armv7-a -mfloat-abi=softfp -mfpu=neon"  # -mfpu=vfpv3-d16  -fexceptions -frtti
ANDROID_ARMV8_CFLAGS="-march=armv8-a"  	# -mfloat-abi=softfp -mfpu=neon -fexceptions -frtti
ANDROID_X86_CFLAGS="-march=i386 -mtune=intel -mssse3 -mfpmath=sse -m32"
ANDROID_X86_64_CFLAGS="-march=x86-64 -msse4.2 -mpopcnt -m64 -mtune=intel"

# params($1:arch,$2:arch_abi,$3:host,$4:compiler,$5:cflags,$6:processor)
build_bin() {

    echo "-------------------star build $2-------------------------"

    ARCH=$1                # arm arm64 x86 x86_64
    ANDROID_ARCH_ABI=$2    # armeabi armeabi-v7a x86 mips
    # 最終編譯的安裝目錄
    PREFIX=$(pwd)/dist/${MY_LIBS_NAME}/${ANDROID_ARCH_ABI}/
    HOST=$3
    COMPILER=$4
    PROCESSOR=$6
    SYSROOT=${NDK_PATH}/platforms/android-${ANDROID_VERSION}/arch-${ARCH}
    CFALGS="$5"
    TOOLCHAIN=${NDK_PATH}/toolchains/${HOST}-${TOOLCHAIN_VERSION}/prebuilt/${BUILD_PLATFORM}
    
    # build 中間件
    BUILD_DIR=./${MY_BUILD_DIR}/${ANDROID_ARCH_ABI}

    export CFLAGS="$5 -Os -D__ANDROID_API__=${ANDROID_VERSION} --sysroot=${SYSROOT} \
                   -isystem ${NDK_PATH}/sysroot/usr/include \
                   -isystem ${NDK_PATH}/sysroot/usr/include/${HOST} "
    export LDFLAGS=-pie

    echo "path==>$PATH"
    echo "build_dir==>$BUILD_DIR"
    echo "ARCH==>$ARCH"
    echo "ANDROID_ARCH_ABI==>$ANDROID_ARCH_ABI"
    echo "HOST==>$HOST"
    echo "CFALGS==>$CFALGS"
    echo "COMPILER==>$COMPILER-gcc"
    echo "PROCESSOR==>$PROCESSOR"

    mkdir -p ${BUILD_DIR}   #建立當前arch_abi的編譯目錄,好比:binary/armeabi-v7a
    cd ${BUILD_DIR}         #此處 進了當前arch_abi的2級編譯目錄

#運行時建立臨時編譯鏈文件toolchain.cmake
cat >toolchain.cmake << EOF 
set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR $6)
set(CMAKE_C_COMPILER ${TOOLCHAIN}/bin/${COMPILER}-gcc)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH ${TOOLCHAIN}/${COMPILER})
EOF

    cmake -G"Unix Makefiles" \
          -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=toolchain.cmake \
          -DCMAKE_POSITION_INDEPENDENT_CODE=1 \
          -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=${PREFIX} \
          -DWITH_JPEG8=1 \
          ${MY_SOURCE_DIR}

    make clean
    make
    make install

    #從當前arch_abi編譯目錄跳出，對應上面的cd ${BUILD_DIR},以便function屢次執行
    cd ../../

    echo "-------------------$2 build end-------------------------"
}

# build armeabi
build_bin arm armeabi arm-linux-androideabi arm-linux-androideabi "$ANDROID_ARMV5_CFLAGS" arm

#build armeabi-v7a
build_bin arm armeabi-v7a arm-linux-androideabi arm-linux-androideabi "$ANDROID_ARMV7_CFLAGS" arm

#build arm64-v8a
build_bin arm64 arm64-v8a aarch64-linux-android aarch64-linux-android "$ANDROID_ARMV8_CFLAGS" aarch64

#build x86
build_bin x86 x86 x86 i686-linux-android "$ANDROID_X86_CFLAGS" i386

#build x86_64
build_bin x86_64 x86_64 x86_64 x86_64-linux-android "$ANDROID_X86_64_CFLAGS" x86_64
複製代碼

    2. 若是編譯碰見 權限問題

      給它一個 可執行文件的權限 chmod +x build.sh

    3. 繼續執行

    4. 編譯完成

      這裏咱們發現 已經有咱們須要的 靜態庫 .a 和 動態庫 .so

    5. 在 AndroidStudio 中建立一個簡單的項目 用於測試是否壓縮成功

      1. 結構目錄

      標紅的都是重要的文件，include 頭文件和 libs/armeabi-v7a 是咱們剛剛編譯出來的文件

      下面咱們就來運行一下看看壓縮效果

      1. 壓縮主要代碼

        jni 代碼

        #include <jni.h>
#include <string>
#include "../include/jpeglib.h"
#include <malloc.h>
#include <android/bitmap.h>


void write_JPEG_file(uint8_t *data, int w, int h, jint q, const char *path) {
// 3.一、建立jpeg壓縮對象
    jpeg_compress_struct jcs;
    //錯誤回調
    jpeg_error_mgr error;
    jcs.err = jpeg_std_error(&error);
    //建立壓縮對象
    jpeg_create_compress(&jcs);
// 3.二、指定存儲文件 write binary
    FILE *f = fopen(path, "wb");
    jpeg_stdio_dest(&jcs, f);
// 3.三、設置壓縮參數
    jcs.image_width = w;
    jcs.image_height = h;
    //bgr
    jcs.input_components = 3;
    jcs.in_color_space = JCS_RGB;
    jpeg_set_defaults(&jcs);
    //開啓哈夫曼功能
    jcs.optimize_coding = true;
    jpeg_set_quality(&jcs, q, 1);
// 3.四、開始壓縮
    jpeg_start_compress(&jcs, 1);
// 3.五、循環寫入每一行數據
    int row_stride = w * 3;//一行的字節數
    JSAMPROW row[1];
    while (jcs.next_scanline < jcs.image_height) {
        //取一行數據
        uint8_t *pixels = data + jcs.next_scanline * row_stride;
        row[0] = pixels;
        jpeg_write_scanlines(&jcs, row, 1);
    }
// 3.六、壓縮完成
    jpeg_finish_compress(&jcs);
// 3.七、釋放jpeg對象
    fclose(f);
    jpeg_destroy_compress(&jcs);
}


extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_yk_libjpeg_1sample_libjpeg_JpegUtils_native_1Compress__Landroid_graphics_Bitmap_2ILjava_lang_String_2( JNIEnv *env, jclass type, jobject bitmap, jint q, jstring path_) {
    const char *path = env->GetStringUTFChars(path_, 0);
    //從bitmap獲取argb數據
    AndroidBitmapInfo info;//info=new 對象();
    //獲取裏面的信息
    AndroidBitmap_getInfo(env, bitmap, &info);// void method(list)
    //獲得圖片中的像素信息
    uint8_t *pixels;//uint8_t char java byte *pixels能夠當byte[]
    AndroidBitmap_lockPixels(env, bitmap, (void **) &pixels);
    //jpeg argb中去掉他的a ===>rgb
    int w = info.width;
    int h = info.height;
    int color;
    //開一塊內存用來存入rgb信息
    uint8_t *data = (uint8_t *) malloc(w * h * 3);//data中能夠存放圖片的全部內容
    uint8_t *temp = data;
    uint8_t r, g, b;//byte
    //循環取圖片的每個像素
    for (int i = 0; i < h; i++) {
        for (int j = 0; j < w; j++) {
            color = *(int *) pixels;//0-3字節 color4 個字節 一個點
            //取出rgb
            r = (color >> 16) & 0xFF;// #00rrggbb 16 0000rr 8 00rrgg
            g = (color >> 8) & 0xFF;
            b = color & 0xFF;
            //存放，之前的主流格式jpeg bgr
            *data = b;
            *(data + 1) = g;
            *(data + 2) = r;
            data += 3;
            //指針跳過4個字節
            pixels += 4;
        }
    }
    //把獲得的新的圖片的信息存入一個新文件 中
    write_JPEG_file(temp, w, h, q, path);

    //釋放內存
    free(temp);
    AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
    env->ReleaseStringUTFChars(path_, path);
}
複製代碼

        調用代碼

        public class JpegUtils {
    static {
        System.loadLibrary("jpeg-yk");
    }

    /** * A native method that is implemented by the 'native-lib' native library, * which is packaged with this application. */
    public native static void native_Compress(Bitmap bitmap, int q, String path);

}
複製代碼

效果

  1. 開始壓縮

    public void click(View view) {
        File input = new File(Environment.getExternalStorageDirectory(), "/girl.jpg");
        ImageView preImg = findViewById(R.id.pre);
        mNextImg = findViewById(R.id.next);
        inputBitmap = BitmapFactory.decodeFile(input.getAbsolutePath());
        preImg.setImageBitmap(inputBitmap);
       JpegUtils .native_Compress(inputBitmap, 10, Environment.getExternalStorageDirectory() + "/girl4.jpg");
        Toast.makeText(this, "執行完成", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        String filePath = Environment.getExternalStorageDirectory() + "/girl4.jpg";
        mNextImg.setImageBitmap(BitmapFactory.decodeFile(filePath));
    }
複製代碼

  2. 動畫效果

    壓縮效果: 壓縮質量在 10 的時候用壓縮出來的質量也仍是挺好了，只有周圍有點點模糊，可是建議壓縮質量在 30 -50 之間。

    壓縮率: 大約壓縮後的圖片大小是原圖的縮小 6 倍的樣子。

資料

更多代碼信息請移步 GitHub

提供 libjpeg 編譯腳本

libjpeg 編譯的源碼和動態/靜態庫 在 dist 目錄 提取碼：b0cs

計劃

圖片優化計劃出三篇文章

  1. libjpeg 編譯及使用
  2. 長圖巨圖優化
  3. bitmap 內存管理 三級緩存
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