2024年最全Android JPEG 压缩那些事(1)，2024年最新离职后面试怎么解释

2301_82242326

于 2024-05-16 14:25:42 发布

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文章标签： android 面试学习

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尾声

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改变人生，没有什么捷径可言，这条路需要自己亲自去走一走，只有深入思考，不断反思总结，保持学习的热情，一步一步构建自己完整的知识体系，才是最终的制胜之道，也是程序员应该承担的使命。

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Android 图像解码

Android 上展示一张图像，都需要将图像解码成 Bitmap 对象，Bitmap 表示图像像素的集合，像素占用的内存大小取决 Bitmap 配置，目前 Android 支持的配置有如下：

ALPHA_8

只存储透明度通道

ARGB_4444

每个像素使用 2 字节存储

ARGB_8888

每个像素使用 4 字节存储（默认）

HARDWARE

特殊配置，Bitmap 数据存储在专门的图形内存（Native）

RGBA_F16

每个像素使用 8 字节存储

RGB_565

每个像素使用 2 字节存储，只有 RGB 通道。

源码解析

通常我们可以调用 BitmapFactory.decodeStream 方法从图像流中解码，Java 层只是个简单的入口，相关实现都在 Native 层的 BitmapFactory.doDecode 方法中。

// frameworks/base/libs/hwui/jni/BitmapFactory.cpp

static jobject doDecode(JNIEnv* env, std::unique_ptr stream,jobject padding, jobject options, jlong inBitmapHandle,jlong colorSpaceHandle) {

// …

}

一. 初始化相关参数

sampleSize

采样率

onlyDecodeSize

是否只解码尺寸

prefCodeType

优先使用的颜色类型

isHardware

是否存储在专门的图像内存

isMutable

是否可变

scale

缩放系数

requireUnpremultiplied

颜色通道是否不需要"预乘"透明通道

javaBitmap

可复用的 Bitmap

二. 创建解码器

根据解码的图像格式，创建不同的解码器 SkCodec。

| 图像格式 | SkCodec |

| — | — |

| JPEG | SkJpegCodec |

| WebP | SkWebpCodec |

| Gif | SkGifCodec |

| PNG | SkPngCodec |

SkCodec 负责核心实现，SkAndroidCodec 则是 SkCodec 的包装类，用于提供一些 Android 特有的 API。同样的，SkAndroidCodec 也是根据图像格式，创建不同的 SkAndroidCodec。

| 图像格式 | SkAndroidCodec |

| — | — |

| JPEG，PNG，Gif | SkSampledCodec |

| WebP | SkAndroidCodecadapter |

三. 创建内存分配器

根据是否存在可复用的 Bitmap，和是否需要缩放，使用不同的内存分配器 Allocator。

四. 分配像素内存

调用 SkBitmap.tryAllocPixels 方法尝试分配所需的像素内存，存在以下情况，可能会导致分配失败。

Java Heap OOM
Native Heap OOM
使用的可复用 Bitmap 太小

五. 执行解码

调用 SkAndroidCodec.getAndroidPixels 方法开始执行编码操作。

SkCodec::Result SkAndroidCodec::getAndroidPixels(const SkImageInfo& requestInfo,

void* requestPixels, size_t requestRowBytes, const AndroidOptions* options) {

// …

return this->onGetAndroidPixels(requestInfo,requestPixels,requestRowBytes,*options);

}

SkAndroid.onGetAndroidPixels 方法有两个实现，分别是 SkSampledCodec 和 SkAndroidCodecadapter。

这里我们以 JPEG 图像解码为例，从上文可知，它使用的是 SkSampledCodec 和 SkJpegCodec，SkJpegCodec 是核心实现。

Android 除了支持使用 BitmapFactory 进行完整的解码，也支持使用 BitmapRegionDecoder 进行局部解码，这个在处理特大的图像时特别有用。

Android JPEG 压缩

Android 在图像压缩上一直有个令人诟病的问题，同等大小的图像文件，iOS 显示上总是更加细腻，也就是压缩效果更好，关于这个问题更详细的讨论，可以看这篇文章：github.com/bither/bith…

总的来说，就是 Android 底层使用的自家维护的一个开源 2D 渲染引擎 Skia，Skia 在 JPEG 图像文件的解编码上依赖的是 libjpeg 库，libjpeg 压缩参数叫：optimize_coding，这个参数为 TRUE，可以带来更好的压缩效果，同时也会消耗更多的时间。

在 7.0 以下，Google 为了兼容性能较差的设备，而将这个值设置为 FALSE，7.0 及其以上，已经设置为 TRUE。

关于 optimize_coding 为 FALSE，更多的讨论可以看 groups.google.com/g/skia-disc…

7.0 以下：androidxref.com/6.0.1_r10/x…

7.0 及其以上：androidxref.com/7.0.0_r1/xr…

所以，现在比较主流的做法是，在 7.0 以下版本，可以基于 libjpeg-turbo 实现 JPEG 图像文件的压缩。

源码解析

可以通过调用 Bitmap.compress 方法来进行图像压缩，可选配置有：

format

压缩图像格式，有 JPEG、PNG、WEBP。

quality

压缩质量，可选值有 0-100。

同样的，Java 层只是提供 API 入口，实现还是在 Native 层的 Bitmap.Bitmap_comperss() 方法。

// framework/base/libs/hwui/jni/Bitmap.cpp

static jboolean Bitmap_compress(JNIEnv* env, jobject clazz, jlong bitmapHandle,jint format, jint quality,jobject jstream, jbyteArray jstorage) {

}

一. 创建编码器

根据图像格式创建不同的编码器。

| 图像格式 | 编码器 |

| — | — |

| JPEG | SkJpegEncoder |

| PNG | SkPngEnccoder |

| WebP | SkWebpEncoder |

二. 设置编码参数

Android JPEG 解码是依赖于 libjpeg 和 libjpeg-turbo。

在开始压缩编码之前，会先设置一系列参数。

图像尺寸
颜色类型

常用的颜色类型有：

JCS_EXT_BGRA, /* blue/green/red/alpha */

下采样率

目前 Android 支持 “4:2:0”（默认），“4:2:2” 和 “4:4:4”。

最佳霍夫曼编码表

默认为 true，表示使用最佳霍夫曼编码表，虽然会降低压缩性能，但提高了压缩效率。

// Tells libjpeg-turbo to compute optimal Huffman coding tables

// for the image. This improves compression at the cost of

// slower encode performance.

fCInfo.optimize_coding = TRUE;

质量

这个参数会影响 JPEG 编码中 “量化” 这个步骤

三. 执行编码

// external/skia/src/imagess/SkImageEncoder.cpp

bool SkEncoder::encodeRows(int numRows) {

// …

this->onEncodeRows(numRows);

}

JPEG 图像编码由 SkJpegEncoder 实现。

// txternal/skia/src/images/SkJpegEncoder.cpp

bool SkJpegEncoder::onEncodeRows(int numRows) {

// …

for (int i = 0; i < numRows; i++) {

// 执行 libjpeg-turbo 编码操作

jpeg_write_scanlines(fEncoderMgr->cinfo(), &jpegSrcRow, 1);

}

采样算法

当调整图像的尺寸时，就需要对原始图像像素数据进行重新处理，这称为图像的采样处理。

目前 Android 默认支持 Nearest neighbor（邻近采样） 和 Bilinear（双线性采样） 这两种采样算法。

Nearest neighbor（邻近采样）

重新采样的栅格中每个像素获取与原始栅格中的最近像素相同的值，这个处理时间是最快的，但也会导致图像产生锯齿。

Bilinear（双线性采样）

重新采样的栅格中的每个像素都是原始栅格中 2x2 4 个最近像素的加权平均值的结果。

除了以上两种，还有以下几种效果的更好的算法：

Bicubic（双立方采样）

重新采样的栅格中的每个像素都是原始栅格中 4x4 16 个最近像素值的加权值的结果，更接近的像素会有更高的权重。

Lanczos

高阶插值算法，它考虑了更多周围像素，并保留了最多的图像信息。

Magic Kernel

快速又高效，却能产生惊人的清晰和锐利的结果，更详细的介绍：www.johncostella.com/magic/。

Spectrum

Spectrum 是 Facebook 开源的跨平台图像转码依赖库，与 Android 系统默认自带的 jpeg-turbo 相对，它有以下优势：

JPEG 编码基于 mozjpeg，相对于 jpeg-turbo，它提高了压缩率，但也增加了压缩处理时间。
支持 Bicubic（双立方采样）和 Magic Kernel 采样算法。
核心使用 CPP 实现，可以同时在 Android 和 iOS 平台实现一致的压缩效果。
支持更多自定义配置，包括色度采样模式等等。

学习宝典

对我们开发者来说，一定要打好基础，随时准备战斗。不论寒冬是否到来，都要把自己的技术做精做深。虽然目前移动端的招聘量确实变少了，但中高端的职位还是很多的，这说明行业只是变得成熟规范起来了。竞争越激烈，产品质量与留存就变得更加重要，我们进入了技术赋能业务的时代。

不论遇到什么困难，都不应该成为我们放弃的理由！

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