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。
