【Android 内存优化】Android 工程中使用 libjpeg-turbo 压缩图片 ( JNI 传递 Bitmap | 获取位图信息 | 获取图像数据 | 图像数据过滤 | 释放资源 )

在上一篇博客 【Android 内存优化】libjpeg-turbo 函数库交叉编译与使用 ( 交叉编译脚本编写 | 函数库头文件拷贝 | 构建脚本配置 | Android Studio 测试函数库 ) 中 对 libjpeg-turbo 函数库进行了交叉编译 , 拷贝了相应的头文件和静态库到 Android Studio 项目中 , 并配置了 CMakeList.txt 构建脚本 , 和 build.gradle 构建脚本 , 本篇博客中开始进行代码编写 ;

一、Bitmap 图像数据处理

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Bitmap 图像数据处理 :

① 获取 Bitmap 图像对象 : Java 传递到 JNI 层的是 jobject 对象 , 需要将其转为 JNI 中的 bitmap 对象 ;

② 数据提取 : 从 bitmap 图像中提取 RGB 像素值 , 也就是剔除 ALPHA 通道 ( 透明度 ) 的数据 ;

③ 使用 libjpeg-turbo 压缩图片 : 调用 libjpeg-turbo 函数库 , 对上述提取的图片 RGB 像素数据进行压缩 ;

④ 释放资源 : 图片压缩完毕后 , 释放相关资源 ;

二、Java 层 Bitmap 对象转为 JNI 层 bitmap 对象

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1. Bitmap 信息 : 在 AndroidBitmapInfo 结构体中 , 封装了图像宽度 , 图像高度 , 像素格式等信息 ;

/** Bitmap info, see AndroidBitmap_getInfo(). */
typedef struct {
    /** 图像像素宽度. */
    uint32_t    width;
    /** 图像像素高度. */
    uint32_t    height;
    /** 每行字节数. */
    uint32_t    stride;
    /** 像素格式. See {@link AndroidBitmapFormat} */
    int32_t     format;
    /** 保留位. */
    uint32_t    flags;      // 0 for now
} AndroidBitmapInfo;

2. 获取 Bitmap 信息 : 调用 bitmap.h 中的 AndroidBitmap_getInfo 方法 , 可以从 jbitmap 中获取对应的信息 ;

int AndroidBitmap_getInfo(JNIEnv* env, jobject jbitmap,
                          AndroidBitmapInfo* info);

3. 代码示例 :

    // 声明 位图信息, 该变量作为返回值使用
    // 引用自 bitmap.h
    AndroidBitmapInfo info;
    // 从 bitmap 中获得信息位图信息 AndroidBitmapInfo
    AndroidBitmap_getInfo(env, jbitmap, &info);

三、获取 bitmap 中的图像数据

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调用 AndroidBitmap_lockPixels 方法 , 即可从 Java 的 Bitmap 对象中获取数据的首地址 ; 向该函数中传入一个二维指针 , 该二维指针参数作为返回值使用 , 该二维指针最终指向的内存就是图像数据内存 ;

1. AndroidBitmap_lockPixels 函数作用 : 从给定 Java Bitmap 对象中 , 获取其对应的像素数据地址 ; 锁定可以保证像素数据内存是固定不变的 , 直到调用解除锁定方法 , 清除相关数据 ; 该方法必须与 AndroidBitmap_unlockPixels 方法成对使用 , 之后 addrPtr 地址不应该再被使用到 ; 如果执行成功 , *addrPtr 会指向图像像素数据的首地址 , 如果方法失败 , 那么该二维指针是无效的指针 ;

2. AndroidBitmap_lockPixels 函数原型 :

① JNIEnv* env 参数 : 注意这里用到了 JNIEnv* env 参数 , 主线程调用可以直接使用, 子线程调用的话 , 需要使用 JavaVM 调用 AttachCurrentThread 方法 , 传入 JNIEnv 指针 , 然后该 JNIEnv 就是线程对应的 JNI 环境 , 使用完毕后解除绑定 ;

参考 【Android NDK 开发】JNI 线程 ( JNI 线程创建 | 线程执行函数 | 非 JNI 方法获取 JNIEnv 与 Java 对象 | 线程获取 JNIEnv | 全局变量设置 ) 博客 ;

② jobject jbitmap 参数 : Java 中的 Bitmap 对象 ;

③ void** addrPtr 参数 : 二维指针 , 执行成功后指向图像像素数据的首地址 , 同时用于当做返回值 , 让用户可以调用到像素数据 ;

int AndroidBitmap_lockPixels(JNIEnv* env, jobject jbitmap, void** addrPtr);

3. 代码示例 :

    // 该类型最终类型是 unsigned char, 相当于 Java 中的 byte
    // 这是个 byte 指针, 指向一个数组
    // 此处作为返回值使用
    uint8_t *addrPtr;
    // 注意该获取的信息中包含透明度信息, 像素格式是 ARGB
    AndroidBitmap_lockPixels(env, jbitmap, (void **) &addrPtr);

四、过滤 bitmap 中的图像数据 ( 获取 RGB 数据 剔除 A 通道数据 )

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1. 数据过滤需求 : 之前已经获取到了图像数据 , 存储在了 addrPtr 指针中 , 现在需要将 RGB 数据取出, 剔除 ALPHA 透明度通道数据 , 只保留 RGB 通道数据 ;

2. 两块内存 : uint8_t* addrPtr 指针指向的内存是源数据 , uint8_t* data 指针指向的的数据是目标数据 , 最终要压缩的数据是 data 目标数据 ;

3. 像素格式 : 源数据中存储的 BGRA 像素格式的数据 , 目标数据中存储的是 BGR 像素格式的数据 ;

4. 循环像素数据 : 开启循环 , 直接循环遍历每个像素点 , 注意像素点存放格式是 BGRA , 然后将数据存储到另一块内存中 , 存储顺序是 BGR ; 注意每次循环后 , 都需要移动对应的指针 ;

    // JPEG 格式的图片, 没有透明度信息, 像素格式是 RGB
    // 这里需要去掉透明度信息
    // 获取图片的像素宽度
    int width = info.width;
    // 获取图片的像素高度
    int height = info.height;

    // 存储 RGB 数据
    uint8_t* data = (uint8_t *) malloc(width * height * 3);

    // data 指针在后续发生了移动, 这里保存下初始的指针, 方便在之后释放该指针
    uint8_t* temp = data;

    // JPEG 像素中的 RGB 三原色, 红绿蓝
    uint8_t red, green, blue;

    // 遍历从 Bitmap 内存 addrPtr 中读取 BGRA 数据, 然后向 data 内存存储 BGR 数据中
    for(int i = 0; i < height; i++){
        for (int j = 0; j < width; ++j) {
        	// 处理 i 行 j 列像素点信息 
            // 在 Bitmap 中内存存储序列是 BGRA
            blue = *( addrPtr );
            green = *( addrPtr + 1 );
            red = *( addrPtr + 2 );

            // libturbojpeg 中 JPEG 图像内存排列格式是 BGR
            *data = blue;
            *( data + 1 ) = green;
            *( data + 2 ) = red;

            // 移动 data 指针
            data += 3;
            //移动 addrPtr 指针, 为下一次读取数据做准备
            addrPtr +=4;
        }
    }// 截止到此处, 已经读取出 JPEG 图片所需的数据, 在 data 指针中

五、释放资源

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之前还有个步骤是压缩 jpeg 格式图片 , 这个过程比较复杂单开一个博客讲解 , 该章节讲解压缩完毕后的内存释放操作 ;

1. 锁定 / 解锁 像素数据 : AndroidBitmap_unlockPixels 方法与 AndroidBitmap_lockPixels 方法成对使用 , 表示之后不再需要使用 Bitmap 对象的数据了 ;

2. 释放压缩数据 : 释放掉存储要压缩的 JPEG 图片 RGB 数据的内存 , 此时已经压完毕 , 可以将之前申请的内存都释放掉了 ; 注意之前申请的 data 指针 , 在拷贝数据过程中 , 将该指针移动过了 , 不能释放 data 指针 , 只能释放之前 data 内存申请后的备份指针 , 否则报错 ;

3. 释放字符串 : env->GetStringUTFChars 创建的字符串是局部引用 , 这里需要释放掉 , 及时回收内存是个好习惯 ;

    // 解锁
    AndroidBitmap_unlockPixels(env,jbitmap);
    // 注意要释放 temp 指针 , 不要释放成 data 指针, 否则会出错
    free(temp);
    // 释放局部引用, 不释放, GC 也会回收, 但是有延迟
    env->ReleaseStringUTFChars(path, filePath);

六、Bitmap 图像数据处理

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GitHub 项目地址 : han1202012/PictureCompression

libjpeg-turbo 压缩 JPEG 代码示例 :

#include <jni.h>
#include <string>
#include <jpeglib.h>
#include <android/bitmap.h>
#include <malloc.h>
#include <android/log.h>
#include <bitset>
#include <iosfwd>

// 声明函数
void compressJpegFile(uint8_t *data, int imageWidth, int imageHeight,
                      jint compressQuality, const char *filename);

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_kim_hsl_pc_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";

    // 测试 libturbojpeg.a 函数库
    jpeg_compress_struct jcs;
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "JPEG", "jpeg_compress_struct jcs = %d", jcs.image_width);
    hello = hello + " , jpeg_compress_struct jcs = " + std::to_string(jcs.image_width);

    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

/**
 * 图片压缩方法
 */
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_kim_hsl_pc_MainActivity_native_1pictureCompress(JNIEnv *env, jobject thiz,
                                                     jobject jbitmap,
                                                     jint quality, jstring path) {

    // 将 Java 字符串转为 C 字符串, 注意这是局部引用
    const char *filePath = env->GetStringUTFChars(path, 0);

    // 声明 位图信息, 该变量作为返回值使用
    // 引用自 bitmap.h
    AndroidBitmapInfo info;
    // 从 bitmap 中获得信息位图信息 AndroidBitmapInfo
    AndroidBitmap_getInfo(env, jbitmap, &info);

    // 该类型最终类型是 unsigned char, 相当于 Java 中的 byte
    // 这是个 byte 指针, 指向一个数组
    // 此处作为返回值使用
    uint8_t *addrPtr;
    // 注意该获取的信息中包含透明度信息, 像素格式是 ARGB
    AndroidBitmap_lockPixels(env, jbitmap, (void **) &addrPtr);

    // JPEG 格式的图片, 没有透明度信息, 像素格式是 RGB
    // 这里需要去掉透明度信息
    // 获取图片的像素宽度
    int width = info.width;
    // 获取图片的像素高度
    int height = info.height;

    //rgb
    uint8_t* data = (uint8_t *) malloc(width * height * 3);

    // data 指针在后续发生了移动, 这里保存下初始的指针, 方便在之后释放该指针
    uint8_t* temp = data;

    // JPEG 像素中的 RGB 三原色, 红绿蓝
    uint8_t red, green, blue;

    // 遍历从 Bitmap 内存 addrPtr 中读取 BGRA 数据, 然后向 data 内存存储 BGR 数据中
    for(int i = 0; i < height; i++){
        for (int j = 0; j < width; ++j) {
            // 在 Bitmap 中内存存储序列是 BGRA
            blue = *( addrPtr );
            green = *( addrPtr + 1 );
            red = *( addrPtr + 2 );

            // libturbojpeg 中 JPEG 图像内存排列格式是 BGR
            *data = blue;
            *( data + 1 ) = green;
            *( data + 2 ) = red;

            // 移动 data 指针
            data += 3;
            //移动 addrPtr 指针, 为下一次读取数据做准备
            addrPtr +=4;
        }
    }// 截止到此处, 已经读取出 JPEG 图片所需的数据, 在 data 指针中

    // 将 data 指针中的数据压缩到 JPEG 格式图片中
    compressJpegFile(temp, width, height, quality, filePath);

    // 解锁
    AndroidBitmap_unlockPixels(env,jbitmap);
    // 注意要释放 temp 指针 , 不要释放成 data 指针, 否则会出错
    free(temp);
    // 释放局部引用, 不释放, GC 也会回收, 但是有延迟
    env->ReleaseStringUTFChars(path, filePath);
}