本文共 1577 字，大约阅读时间需要 5 分钟。

JPEG 基础知识与编码实现

JPEG 基础知识

JPEG（Joint Photographic Experts Group，联合图像专家小组）是一种广泛使用的图片文件格式标准。它基于有损压缩算法，能够有效减小图片文件的大小，同时保持较高的视觉质量。JPEG文件的常见扩展名包括 .jpg、.JPEG、.jpe、.jfif 和 .jif。

JPEG 编码原理

色彩空间转换

JPEG的编码过程首先将图像从 RGB 色彩空间转换为 Y’CbCr 色彩空间。Y’ 表示亮度分量，Cb 和 Cr 分别表示蓝色和红色的色差值。这种转换减少了色彩信息的量，使压缩过程更加高效。

下采样

由于人眼对亮度（Y’）的变化比色差值（Cb 和 Cr）更敏感，JPEG采用下采样技术对色差分量进行降低分辨率处理。常见的下采样率包括：

• 4:4:4：无下采样（默认）
• 4:2:2：水平方向下采样一倍
• 4:2:0：水平和垂直方向都下采样一倍

块分割

下采样后，图像被分割为 8x8 像素块，称为最小编码单位（MCU）。根据下采样率，MCU的大小会不同：

• 4:4:4：8x8
• 4:2:2：16x8
• 4:2:0：16x16

离散余弦变换

JPEG采用离散余弦变换（DCT）将图像信号转换为频域表示。这种变换能够有效减少高频分量的信息量。

量化

量化是压缩过程中的关键步骤。DCT后，图像数据按频率分层，量化矩阵将每个频率分量转换为离散值（有损压缩）。这个过程是不可逆的。

JPEG 压缩效果

从表中可以看出，压缩质量越低，文件大小越小，压缩比例越高。然而，压缩质量的降低会导致图像质量下降。

JPEG 编码实现

选用编解码库

Android 系统自带了 Skia 引擎下的 JPEG 解码器和编码器。libjpeg-turbo 是一个高效的 JPEG 编码库，支持优化编码参数。

Android 图像解码

在 Android 中，解码过程主要通过 BitmapFactory 进行。解码后的图像会被转换为 Bitmap 对象，支持多种像素配置，如：

• ALPHA_8（透明度）
• ARGB_4444
• ARGB_8888（默认）
• HARDWARE（使用 Native 内存）
• RGBA_F16
• RGB_565（只存储 RGB 通道）

Android JPEG 压缩

压缩参数设置

• 图像尺寸：原始尺寸 vs 缩放尺寸
• 颜色类型：常用 JCS_EXT_BGRA 或 JCS_RGB
• 下采样率：4:4:4、4:2:2 或 4:2:0
• 霍夫曼编码表优化：默认为 TRUE，提升压缩效率
• 压缩质量：0-100，质量越低压缩率越高

压缩实现

通过调用 Bitmap.compress 方法进行压缩，支持 JPEG、PNG 和 WebP 格式。

采样算法

Android 支持两种采样算法：

此外，还有双立方采样（Bicubic）和 Lanczos 算法，能够提供更高质量的图像。

基准测试

通过基准测试可以比较不同压缩工具和采样算法的效果。mozjpeg 和 jpeg-turbo 是常用工具，Spectrum 库则提供更好的压缩率和质量。

结论

JPEG 是移动设备上广泛使用的图像格式，了解其编码原理和优化方法，对于开发高效图像应用至关重要。通过合理设置压缩参数和采样算法，可以在保证图像质量的同时，最大化压缩效率。