libjpeg 库：图像压缩与解压的核心技术-电源网星球号

一、libjpeg 简介

libjpeg 是一个用于处理 JPEG（Joint Photographic Experts Group）图像文件的开源 C 库，主要功能包括 JPEG 图像的编码（压缩）与解码（解压缩）。它由 Independent JPEG Group (IJG) 开发，广泛用于嵌入式系统、图像编辑软件、浏览器等需要处理 JPEG 图像的场景。

IJG 是一个非正式组织，负责编写和分发广泛使用的免费 JPEG 图像压缩库。第一个版本于 1991 年 10 月 7 日发布。当前版本是 2024 年 1 月 14 日发布的 9f 版本。这为许多应用程序的 JPEG 支持奠定了稳定而坚实的基础。

二、JPEG 格式简介

JPEG 是一种有损压缩的图像格式，设计目的是在尽可能小的文件大小下保留尽可能高的视觉质量。JPEG 压缩的核心基于以下步骤：

颜色空间转换：从 RGB 转为 YCbCr 色彩空间，分离亮度（Y）与色度（Cb、Cr）信息。
采样率降采样：降低色度分量的分辨率，减少数据量。
离散余弦变换 (DCT)：将图像块从空间域转换到频率域。
量化：通过对高频分量进行更强的压缩来减少不明显的细节。
熵编码：使用霍夫曼编码或算术编码进一步压缩数据。

三、libjpeg 的主要功能unsetunset

libjpeg 提供了一套功能丰富的接口，支持以下功能：

JPEG 编码与解码：支持标准 JPEG 文件的读写。
多种图像格式支持：支持灰度、彩色、子采样等多种格式。
自定义压缩质量：允许用户调整压缩质量以控制文件大小与图像质量的平衡。
扩展性：支持插入自定义标记（metadata），并允许用户操作图像流。

四、libjpeg 的技术架构unsetunset

libjpeg 的核心架构分为以下几部分：

数据输入/输出处理器：

提供标准的输入流与输出流接口。
支持文件、内存缓冲区等多种数据来源。

压缩与解压模块：

压缩模块：将像素数据转换为 JPEG 数据流。
解压模块：解析 JPEG 数据流并恢复为像素数据。

色彩转换器：

提供从 RGB 到 YCbCr 的转换。
支持不同子采样率的配置。

DCT 和量化模块：

负责离散余弦变换和频域数据的量化。
使用标准或自定义量化表。

熵编码模块：

提供霍夫曼编码与解码功能。
可选择算术编码（需要启用）。

五、libjpeg 的使用方法

1. 编码（压缩）

以下是使用 libjpeg 将 RGB 图像编码为 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. 解码（解压缩）

解码 JPEG 文件到内存：

#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 的优缺点

优点：

轻量级，适合嵌入式系统。
高性能，编码与解码效率高。
开源，跨平台支持良好。

缺点：

不支持 JPEG2000 等更现代的格式。
有限的扩展性，不支持复杂的图像处理功能。

七、ubuntu16.04下交叉编译libjpeg

官网 : https://www.ijg.org/

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

编译步骤

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. 编译

make -j4

make install

libjpeg 是图像处理领域的经典工具，凭借其高效、稳定的特性，成为 JPEG 图像压缩和解压的行业标准。尽管现代图像格式不断涌现（如 WebP、AVIF），libjpeg 仍然是许多系统的首选。对于开发者来说，掌握 libjpeg 的使用方法是高效处理 JPEG 图像的基础技能。