图像解码之一——使用libjpeg解码jpeg图片

多媒体应用在现在电子产品中的地位越来越重要，尤其是在嵌入式设备中。本系列文章将会介绍利用libjpeg解码jpeg文件，libpng解码png文件，libgif解码gif文件。本文为第一篇，介绍使用libjpeg解码jpeg文件。

libjpeg简介

    libjpeg是一个完全用C语言编写的库，包含了被广泛使用的JPEG解码、JPEG编码和其他的JPEG功能的实现。这个库由独立JPEG工作组维护。最新版本号是6b，于1998年发布。可以参考维基百科关于libjpeg的介绍。

libjpeg库的数据结构

    用libjpeg库解码jpeg数据的时候，最重要的数据类型为struct
jpeg_decompress_struct，一般变量定义成cinfo变量，该变量保存着jpeg数据的详细信息，也保存着解码之后输出数据的详细信
息。一般情况下，每次调用libjpeg库API的时候都需要把这个变量作为第一个参数传入。另外用户也可以通过修改该变量来修改libjpeg行为，比
如输出数据格式，libjpeg库可用的最大内存等等。

libjpeg库的使用

1、设置出错处理函数

   
“天有不测风云”，我们使用libjpeg库的时候难免会产生错误，所以我们在使用libjpeg解码之前，首先要做好错误处理。在libjpeg库中，
实现了默认错误处理函数，当错误发生时，比如如果内存不足（非常可能发生，后面会介绍）等，则默认错误处理函数将会调用exit函数结束整个进程，详细内
容可以参考jerror.c文件。这个对于很多用户来说这样的特性是不合适的，不过libjpeg提供了接口让我们注册自定义错误处理函数。

    在C语言中没有C++的异常处理机制，但是提供了setjmp和longjmp机制来实现类似的功能，如果你对这个机制不熟悉的话，请查阅C语言手册。本文下面的代码片段都是出自libjpeg的example.c文件，可以查阅之。

   1: /* We set up the normal JPEG error routines, then override error_exit. */

   2: cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr.pub);

   3: jerr.pub.error_exit = my_error_exit;

   4: /* Establish the setjmp return context for my_error_exit to use. */

   5: if (setjmp(jerr.setjmp_buffer)) {

   6:   /* If we get here, the JPEG code has signaled an error.

   7:    * We need to clean up the JPEG object, close the input file, and return.

   8:    */

   9:   jpeg_destroy_decompress(&cinfo);

  10:   fclose(infile);

  11:   return 0;

  12: }

   
上述代码中的重点在于我们向libjpeg注册了一个my_error_exit回调函数，当发生错误的时候，该回调函数将会被调用。然后我们调用
setjmp函数，设置一个返回点。这样我们在my_error_exit回调函数处理完错误信息之后，就可以调用longjmp函数返回到这里，在这个
返回点进行资源的释放（非常重要，否则将会内存泄漏）。我们再看看my_error_exit回调函数的实现：

   1: /*

   2:  * Here's the routine that will replace the standard error_exit method:

   3:  */

   4: METHODDEF(void)

   5: my_error_exit (j_common_ptr cinfo)

   6: {

   7:   /* cinfo->err really points to a my_error_mgr struct, so coerce pointer */

   8:   my_error_ptr myerr = (my_error_ptr) cinfo->err;

   9:  

  10:   /* Always display the message. */

  11:   /* We could postpone this until after returning, if we chose. */

  12:   (*cinfo->err->output_message) (cinfo);

  13:  

  14:   /* Return control to the setjmp point */

  15:   longjmp(myerr->setjmp_buffer, 1);

  16: }

    可以通过检查cinfo->err->msg_code的值来判断错误类型，进行相应的处理。本例中只是简单的打印一个错误信息。最后调用longjmp跳转到setjmp调用的地方。

2、初始化解码对象

    要使用libjpeg解码jpeg数据，这步是必须要做的。

   1: /* Now we can initialize the JPEG decompression object. */

   2: jpeg_create_decompress(&cinfo);

    这步之后，如果结束解码或者出错之后，需要调用jpeg_destroy_decompress销毁解码对象，否则将会内存泄漏。

3、初始化源数据

    在libjpeg库中仅仅提供了文件作为输入数据的接口，在example.c中代码如下：

   1: /* Step 2: specify data source (eg, a file) */

   2: jpeg_stdio_src(&cinfo, infile);

   
这个设计我个人觉得非常不合理，我觉得一个友好的库，需要能够接受各式各样的输入（内存数据，网络数据等等）。比较友好的做法是提供几种常用的输入数据支
持（在libjpeg中如：文件输入等）。然后还要提供一个用户注册自定义输入函数（回调函数）的接口，这样库就可以适配现实生活中各式各样的输入数据类
型了。Simon也在以前的博文中写过怎样修改libjpeg库，使之能够解码内存buffer中的jpeg数据，请参考《LibJpeg解码内存中的Jpeg数据》。当然Simon没有扩展libjpeg库让其支持用户注册自定义输入函数（回调函数），有兴趣的朋友可以自行实现。

4、读取jpeg文件的头信息

    这个和初始化解码对象一样，是必须要调用的，是约定，没什么好说的。

   1: /* Step 3: read file parameters with jpeg_read_header() */

   2: (void) jpeg_read_header(&cinfo, TRUE);

5、设置解码参数

    很多情况下，这步非常重要。比如设置输出格式，设置scale（缩放）等等功能都是在这一步设置。参数设置通过修改上步得到cinfo的值来实现。这里简单介绍一下一些常用的字段。

out_color_space：输出的颜色格式，libjpeg定义如下：

   1: /* Known color spaces. */

   2: typedef enum {

   3:     JCS_UNKNOWN,        /* error/unspecified */

   4:     JCS_GRAYSCALE,        /* monochrome */

   5:     JCS_RGB,        /* red/green/blue */

   6:     JCS_YCbCr,        /* Y/Cb/Cr (also known as YUV) */

   7:     JCS_CMYK,        /* C/M/Y/K */

   8:     JCS_YCCK,        /* Y/Cb/Cr/K */

   9: #ifdef ANDROID_RGB

  10:     JCS_RGBA_8888,  /* red/green/blue/alpha */

  11:     JCS_RGB_565     /* red/green/blue in 565 format */

  12: #endif

  13: } J_COLOR_SPACE;

我们可以看出谷歌在Android扩展了几种输出格式，那么如果你需要的颜色格式输出格式libjpeg不支持（比
如：YUYV等颜色格式），那么请参考Android对libjpeg的扩展自行修改，不用担心复杂性，实现起来比较easy。请重点研究
jdcolor.c文件中的jinit_color_deconverter函数。

scale_num，scale_denom：因为实际的显示设备千变万化，我们可能需要根据实际情况对输出数据进行一些缩放才能够显示。libjpeg支持对输出数据进行缩放（scale），这个变量就是用来设置缩放的参数。目前libjpeg支持1/2，1/4，1/8三种缩放。

mem：可以指定内存管理相关的内容，比如分配和释放内存，指定libjpeg
可以使用的最大内存。默认情况下不同的平台下面都有一个libjpeg默认最大可用内存值，比如Android平台上面该值为
10000000L（10M），请参考jmemxxxx.c文件中的DEFAULT_MAX_MEM，了解不同平台的默认最大内存值。通过修改
mem->pub.max_memory_to_use的值，库的使用者可以自定义libjpeg可以使用的最大内存值。

6、开始解码

    经过前面的参数设置，我们可以开始解码了，没有什么好说的。

   1: /* Step 5: Start decompressor */

   2: (void) jpeg_start_decompress(&cinfo);

7、读取解码数据

   1: /* Here we use the library's state variable cinfo.output_scanline as the

   2:  * loop counter, so that we don't have to keep track ourselves.

   3:  */

   4: while (cinfo.output_scanline < cinfo.output_height) {

   5:   /* jpeg_read_scanlines expects an array of pointers to scanlines.

   6:    * Here the array is only one element long, but you could ask for

   7:    * more than one scanline at a time if that's more convenient.

   8:    */

   9:   (void) jpeg_read_scanlines(&cinfo, buffer, 1);

  10:   /* Assume put_scanline_someplace wants a pointer and sample count. */

  11:   put_scanline_someplace(buffer[0], row_stride);

  12: }

    请注意虽然函数jpeg_read_scanlines可以指定一次读多少行，但是目前该函数还是只能支持一次只读1行。

8、结束解码

   1: /* Step 7: Finish decompression */

   2: (void) jpeg_finish_decompress(&cinfo);

9、释放解码对象

   1: /* Step 8: Release JPEG decompression object */

   2:  

   3: /* This is an important step since it will release a good deal of memory. */

   4: jpeg_destroy_decompress(&cinfo);

   至此一个jpeg数据已经解析完成了。虽然步骤不少但是对于常规的使用还是比较简单的。

总结

   
libjpeg对于baseline的jpeg数据解码比较好，但是解码progressive的jpeg数据的时候，对内存的需求比较大（我测试过的
progressive的图片曾经发现过消耗70M内存）。如果你的硬件能够有硬件解码jpeg的能力，请尽可能使用硬件解码jpeg数据。

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