libjpeg:实现jpeg内存解压缩塈转换色彩空间/压缩分辨率
前一篇博客《libjpeg:实现jpeg内存压缩暨error_exit错误异常处理和个性化参数设置》实现了jpeg图像的内存压缩，本文来讨论jpeg图像内存解压缩的过程以及让libjpeg在解压缩时就将图像转灰度或其他色彩空间。
先贴出完整代码，再分段说明。
jpeg_mem.h
/* 图像矩阵基本参数 */
typedef struct _image_matrix_pram{
int32_t width; // 图像宽度
int32_t height; // 图像高度
uint8_t channels; // 通道数
J_COLOR_SPACE color_space; // 图像数据的色彩空间
uint8_t align; // 内存对齐方式 0为不对齐，>0为以2的n次幂对齐
std::vector jpeg_mem.cpp
/* 自定义jpeg图像压缩/解压缩过程中错误退出函数 */
METHODDEF(void) jpeg_mem_error_exit (j_common_ptr cinfo) {
// 调用 format_message 生成错误信息
char err_msg[JMSG_LENGTH_MAX];
(*cinfo->err->format_message) (cinfo,err_msg);
// 抛出c++异常
throw jpeg_mem_exception(err_msg);
}
/* 将jpeg格式的内存数据块jpeg_data解压缩 * 图像行数据存储的方式都由decompress_instance定义 * 出错抛出 jpeg_mem_exception */
void load_jpeg_mem(uint8_t *jpeg_data,size_t size,
jpeg_decompress_interface &decompress_instance) {
if(nullptr==jpeg_data||0==size)
throw jpeg_mem_exception("empty image data");
// 定义一个压缩对象
jpeg_decompress_struct cinfo;
//用于错误信息
jpeg_error_mgr jerr;
// 错误输出绑定到压缩对象
cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
// 设置自定义的错误处理函数
jerr.error_exit = jpeg_mem_error_exit;
// RAII对象在函数结束时释放资源
gdface::raii buffer_guard([&](){
jpeg_finish_decompress(&cinfo);
jpeg_destroy_decompress(&cinfo);
});
// 初始化压缩对象
jpeg_create_decompress(&cinfo);
jpeg_mem_src(&cinfo, jpeg_data, (unsigned long)size); // 设置内存输出缓冲区
(void) jpeg_read_header(&cinfo, true);
decompress_instance.custom_output((j_common_ptr)&cinfo); // 执行自定义参数设置函数
(void) jpeg_start_decompress(&cinfo);
// 输出通道数必须是1/3/4
if (cinfo.output_components != 1 && cinfo.output_components != 3 && cinfo.output_components != 4) {
throw jpeg_mem_exception(
"load_jpeg_mem(): Failed to load JPEG data cause by output_components error");
}
decompress_instance.start_output(cinfo);
JDIMENSION num_scanlines;
JDIMENSION max_lines;
while (cinfo.output_scanline < cinfo.output_height) {
num_scanlines = jpeg_read_scanlines(&cinfo, decompress_instance.buffer.data(),
(JDIMENSION)decompress_instance.buffer.size());
max_lines=std::min((cinfo.output_height-cinfo.output_scanline),(JDIMENSION)decompress_instance.buffer.size());
// 如果取到的行数小于预期的行数，则图像数据不完整抛出异常
if (num_scanlinesthrow jpeg_mem_exception("load_jpeg_mem(): Incomplete data");
decompress_instance.put_pixel_rows(num_scanlines);
}
} image_matrix_pram
image_matrix_pram用于描述图像矩阵(非压缩状态)的基本信息
图像像素数据保存在类型为std::vector 的向量对象中。
align为每行像素数据的内存对齐方式，如：为2时，以2的2次幂，就是4字节对齐，默认为0。
color_space为图像的色彩空间，枚举类型J_COLOR_SPACE 在jpeglib.h中定义，一般RGB图像是JCS_RGB，灰度图像是JCS_GRAYSCALE。
/* 图像矩阵基本参数 */
typedef struct _image_matrix_pram{
int32_t width; // 图像宽度
int32_t height; // 图像高度
uint8_t channels; // 通道数
J_COLOR_SPACE color_space; // 图像数据的色彩空间
uint8_t align; // 内存对齐方式 0为不对齐，>0为以2的n次幂对齐
std::vector jpeg_decompress_interface
为适应不同的解压缩需求，定义了jpeg_decompress_interface接口类，调用load_jpeg_mem对图像数据解压时必须提供一个类型为jpeg_decompress_interface的对象做入口参数，该接口主要start_output和put_pixel_rows两个函数，用于图像数据初始化和存储。
buffer对象是行像素解压缩数据的存储缓冲区，保存每行像素数据缓冲区的地址，libjpeg每次最多能解压缩的像素行数由buffer的元素个数决定。
start_output根据传入参数jpeg_decompress_struct中提供的图像基本信息，对图像存储区进行初始化。
put_pixel_rows则对负责将解压缩到缓冲区(buffer)的每行(row)像素存储到图像存储区中。
/* 图像解压缩接口类 */
struct jpeg_decompress_interface{
// 图像缓冲区
std::vectorjpeg_decompress_default:jpeg_decompress_interface的默认实现
一般情况下，像素的每个通道数据都是连续存储的，所以针对这种常用的图像矩阵存储方式，提供了jpeg_decompress_interface接口的默认实现jpeg_decompress_default。
jpeg_decompress_default每次只提供一行像素的缓冲区指针，由此控制libjpeg每次只解压缩一行数据。
成员对象img保存解压缩后的结果数据，当图像成功解压缩后，img中就存储了解压缩后图像的所有完整信息。
next_line成员指向当前要解压缩的像素行数
start_output中根据jpeg_decompress_struct提供的图像宽/高/通道数计算出图像矩阵需要的存储区并分配相应的内存（img.pixels）。
buffer中只有一个指针类型的元素，指向img.pixels每一行像素的地址。这样jpeglib在解压缩出来的一行数据直接写入了img.pixels
因为buffer指针直接指向了图像存储区(img.pixels)每行像素的对应位置，所以put_pixel_rows不需要有复制数据的动作，只需要将next_line加1，并根据next_line将buffer中的指针指向下一行像素的地址就可以了。
/* 默认的图像解压缩接口实现 */
struct jpeg_decompress_default:public jpeg_decompress_interface{
/* 解压缩后的图像基本信息 */
image_matrix_pram img;
// 当前处理的目标图像像素行数
JDIMENSION next_line;
virtual void start_output(const jpeg_decompress_struct&cinfo){
// 填充图像基本信息结构
img.width=cinfo.output_width;
img.height=cinfo.output_height;
img.color_space=cinfo.out_color_space;
img.channels=cinfo.output_components;
// 分配像素数据存储区
img.pixels=std::vectorload_jpeg_mem
load_jpeg_mem函数根据decompress_instance参数提供的数据存储方式对长度为size的jpeg图像数据jpeg_data进行解压缩，最后解压缩的结果如何处理由decompress_instance对象定义，load_jpeg_mem函数本身并不关心。
/* 将jpeg格式的内存数据块jpeg_data解压缩 * 图像行数据存储的方式都由decompress_instance定义 * 出错抛出 jpeg_mem_exception */
void load_jpeg_mem(uint8_t *jpeg_data,size_t size,
jpeg_decompress_interface &decompress_instance) {
if(nullptr==jpeg_data||0==size)
throw jpeg_mem_exception("empty image data");
// 定义一个压缩对象
jpeg_decompress_struct cinfo;
//用于错误信息
jpeg_error_mgr jerr;
// 错误输出绑定到压缩对象
cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
// 设置自定义的错误处理函数
jerr.error_exit = jpeg_mem_error_exit;
// RAII对象在函数结束时释放资源
gdface::raii buffer_guard([&](){
jpeg_finish_decompress(&cinfo);
jpeg_destroy_decompress(&cinfo);
});
// 初始化压缩对象
jpeg_create_decompress(&cinfo);
jpeg_mem_src(&cinfo, jpeg_data, (unsigned long)size); // 设置内存输出缓冲区
(void) jpeg_read_header(&cinfo, true);// 读取jpeg格式头获取图像基本信息
decompress_instance.custom_output((j_common_ptr)&cinfo); // 执行自定义参数设置函数
(void) jpeg_start_decompress(&cinfo);
// 输出通道数必须是1/3/4
if (cinfo.output_components != 1 && cinfo.output_components != 3 && cinfo.output_components != 4) {
throw jpeg_mem_exception(
"load_jpeg_mem(): Failed to load JPEG data cause by output_components error");
}
decompress_instance.start_output(cinfo);
JDIMENSION num_scanlines;
JDIMENSION expectd_lines;
while (cinfo.output_scanline < cinfo.output_height) {
num_scanlines = jpeg_read_scanlines(&cinfo, decompress_instance.buffer.data(),
(JDIMENSION)decompress_instance.buffer.size());
expectd_lines=std::min((cinfo.output_height-cinfo.output_scanline),(JDIMENSION)decompress_instance.buffer.size());
// 如果取到的行数小于预期的行数，则图像数据不完整抛出异常
if (num_scanlinesthrow jpeg_mem_exception("load_jpeg_mem(): Incomplete data");
decompress_instance.put_pixel_rows(num_scanlines);
}
} 在上面的代码中用到了我之前一篇博客(《C++11实现模板化(通用化)RAII机制》)中实现的raii对象,该对象保证，不论在解压缩过程中是否发生异常(exception)，用于释放资源的函数jpeg_finish_decompress和jpeg_destroy_decompress都会被执行，以避免内存泄露问题。
对图像解码时出现的处理方式参见前一篇博客《libjpeg:实现jpeg内存压缩暨error_exit错误异常处理和个性化参数设置》。
sample,解压缩时转灰或压缩分辨率
下面代码为调用示例。在图像解压缩时就可以将图像转换为指定的色彩空间，也可以将图像分辨率按比例压缩。见代码中的注释说明
#include return 0;
} jpeg_decompress_interface接口的差异化实现
对于不同的图像处理对象，图像数据的保存方式可能是不一样的，比如CImg,是将每个通道的数据连续存储的，所以每个像素的每个通道的颜色值并不是连续存储的。前面的jpeg_decompress_default对象就不适合这种存储方式，这时就需要自己实现jpeg_decompress_interface接口，才能正确执行解压缩,就以CImg为例：
// 该函数为继承CImg的子类的成员函数，为了突出重点， 就不贴出子类的完整代码了
const CImgWrapper& load_mem_jpeg(uint8_t *jpeg_data,size_t size,jpeg_custom_fun custom=jpeg_custom_default){
// 实现jpeg_decompress_interface 接口
struct jpeg_decompress_cimg:public jpeg_decompress_interface {
// 行缓冲区
CImg<typename CImg::ucharT> line_buffer;
// 颜色通道指针
T *ptr_r=nullptr , *ptr_g=nullptr , *ptr_b=nullptr , *ptr_a=nullptr;
CImgWrapper& cimg_obj;
jpeg_decompress_cimg(CImgWrapper& cimg_obj):cimg_obj(cimg_obj){}
virtual void start_output(const jpeg_decompress_struct&cinfo) {
line_buffer=CImg<typename CImg::ucharT>(cinfo.output_width*cinfo.output_components);
cimg_obj.assign(cinfo.output_width,cinfo.output_height,1,cinfo.output_components);
ptr_r = cimg_obj._data,
ptr_g = cimg_obj._data + 1UL*cimg_obj._width*cimg_obj._height,
ptr_b = cimg_obj._data + 2UL*cimg_obj._width*cimg_obj._height,
ptr_a = cimg_obj._data + 3UL*cimg_obj._width*cimg_obj._height;
buffer=std::vector