libjpeg 详解

最近工作中涉及到了图片的编解码，在网上确实找到了不少范例，但没发现

详尽介绍这个库的文章，对直接解码输出YUV进行介绍的文章页没找到。

都是讲输出RGB，然后进行RGB->YUV转换的。而我个人觉得，

既然输入图像就是YCbCr，就完全没必要进行RGB-> YUV的转换，

但这样做，图像是否有问题，那就不得而知了（有待确认）。

要深入理解这个开源库，除了readme所列的文档，参考代码（如example.c)

及网上的范例外，最直接的帮助就是源代码本身了。

本文主要从源代码分析，追根溯源，你将会对诸如为什么out_color_space设置

为YCbCr时，得到的图像是YUV444 packed 有个很清晰的理解。

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 libjpeg （解码篇）
  
  1. 我们的参数设定必须在jpeg_start_decompress之前，如果我们不设置参数，就会按照默认的来，
  请问： 默认参数的设定是在哪个函数中进行的？
  
  通过调用函数jpeg_read_header来设定，具体是： 
 

  jpeg_read_header   -> jpeg_consume_input -> default_decompress_parms 

  在函数jpeg_consume_input 中，会将状态改为DSTATE_INHEADER，由于switch语句中此处无break，所以会接着执行
  case DSTATE_INHEADER，里面的default_decompress_parms 就是做default设定的。
  
  jpeg_consume_input 部分代码：
  
  

switch (cinfo->_state) {  case DSTATE_START:    /* Start-of-datastream actions: reset appropriate modules */    (*cinfo->inputctl->reset_input_controller) (cinfo);    /* Initialize application's data source module */    (*cinfo->src->init_source) (cinfo);    cinfo->_state = DSTATE_INHEADER;    /*FALLTHROUGH*/  case DSTATE_INHEADER:    retcode = (*cinfo->inputctl->consume_input) (cinfo);    if (retcode == JPEG_REACHED_SOS) { /* Found SOS, prepare to decompress */      /* Set up default parameters based on header data */      default_decompress_parms(cinfo);      /* Set  state: ready for start_decompress */      cinfo->_state = DSTATE_READY;    }    break;

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  default_decompress_parms里的部分代码：
  

  if (cinfo->saw_JFIF_marker) {      cinfo->jpeg_color_space = JCS_YCbCr; /* JFIF implies YCbCr */    } else if (cinfo->saw_Adobe_marker) {      switch (cinfo->Adobe_transform) {      case 0:cinfo->jpeg_color_space = JCS_RGB;break;      case 1:cinfo->jpeg_color_space = JCS_YCbCr;break;      default:WARNMS1(cinfo, JWRN_ADOBE_XFORM, cinfo->Adobe_transform);cinfo->jpeg_color_space = JCS_YCbCr; /* assume it's YCbCr */break;      }    } else {      /* Saw no special markers, try to guess from the component IDs */      int cid0 = cinfo->comp_info[0].component_id;      int cid1 = cinfo->comp_info[1].component_id;      int cid2 = cinfo->comp_info[2].component_id;      if (cid0 == 1 && cid1 == 2 && cid2 == 3)cinfo->jpeg_color_space = JCS_YCbCr; /* assume JFIF w/out marker */      else if (cid0 == 82 && cid1 == 71 && cid2 == 66)cinfo->jpeg_color_space = JCS_RGB; /* ASCII 'R', 'G', 'B' */      else {TRACEMS3(cinfo, 1, JTRC_UNKNOWN_IDS, cid0, cid1, cid2);cinfo->jpeg_color_space = JCS_YCbCr; /* assume it's YCbCr */      }    }    /* Always guess RGB is proper output colorspace. */    cinfo->out_color_space = JCS_RGB;    break;

以及： 
  

 /* Set defaults for other decompression parameters. */  cinfo->scale_num = cinfo->block_size;/* 1:1 scaling */  cinfo->scale_denom = cinfo->block_size;  cinfo->output_gamma = 1.0;  cinfo->buffered_image = FALSE;  cinfo->raw_data_out = FALSE;  cinfo->dct_method = JDCT_DEFAULT;  cinfo->do_fancy_upsampling = TRUE;  cinfo->do_block_smoothing = TRUE;  cinfo->quantize_colors = FALSE;  /* We set these in case application only sets quantize_colors. */  cinfo->dither_mode = JDITHER_FS;#ifdef QUANT_2PASS_SUPPORTED  cinfo->two_pass_quantize = TRUE;#else  cinfo->two_pass_quantize = FALSE;#endif  cinfo->desired_number_of_colors = 256;  cinfo->colormap = NULL;  /* Initialize for no mode change in buffered-image mode. */  cinfo->enable_1pass_quant = FALSE;  cinfo->enable_al_quant = FALSE;  cinfo->enable_2pass_quant = FALSE;

  2. 做decompress的时候，最终处理前（输入）的数据是什么样的格式？ 输出的又是怎样的？
  
  在指定输入数据的时候，会调用jdatasrc.c里面的jpeg_stdio_src（输入数据是文件）或者
  jpeg_mem_src （输入数据是内存数据），会设置cinfo里面的source manager指针成员，那么
  之后就可以通过decompressor结构体指针cinfo“获取数据”了。
 
  以下流程针对raw_data_out = FALSE（默认）的情况，如果raw_data_out为TRUE，会稍有不同。
  分为两个部分，一个是针对jpeg_start_decompress，另一个针对jpeg_read_scanlines 。
  
  （1） jpeg_read_scanlines 
  
  jpeg_start_decompress  ( jdapistd.c )
  -> jinit_master_decompress
     output_pass_setup
  
  jinit_master_decompress
  -> master_selection
  
  master_selection
  -> jpeg_calc_output_dimensions
     prepare_range_limit_table
jinit_color_deconverter
jinit_upsampler
jinit_d_post_controller
jinit_inverse_dct
jinit_huff_decoder
jinit_d_coef_controller
jinit_d_main_controller
 
  output_pass_setup 
  -> (*cinfo->master->prepare_for_output_pass)
     (此处调用的其实是在jinit_master_decompress函数中赋值的：
  master->pub.prepare_for_output_pass = prepare_for_output_pass;
  所以，此处调用的其实就是 prepare_for_output_pass )
 --> 于是乎： 
      if (! cinfo->raw_data_out) {
 if (! master->using_merged_upsample)
(*cinfo->cconvert->start_pass) (cinfo);
 (*cinfo->upsample->start_pass) (cinfo);
 if (cinfo->quantize_colors)
(*cinfo->cquantize->start_pass) (cinfo, master->pub.is_dummy_pass);
 (*cinfo->post->start_pass) (cinfo,
(master->pub.is_dummy_pass ? JBUF_SAVE_AND_PASS : JBUF_PASS_THRU));
 (*cinfo->main->start_pass) (cinfo, JBUF_PASS_THRU);
}
 
 上面的几个start_pass函数（quantize_colors为FALSE，所以不调Quantize start pass函数），请分别参考：
 cconvert->pub.start_pass = start_pass_dcolor;  （ jdcolor.c中的jinit_color_deconverter）
 
 upsample->pub.start_pass = start_pass_upsample; （ jdsample.c中的jinit_upsampler）
 
 post->pub.start_pass = start_pass_dpost;  （ jdpostct.c中的 jinit_d_post_controller ）
 
 mainp->pub.start_pass = start_pass_main;  （ jdmainct.c中的 jinit_d_main_controller ）
 
 那么依次看下来：
 
 start_pass_dcolor （ 空函数）
 
 start_pass_upsample ： 也只是设置了next_row_out 和 rows_to_go 。
 
 start_pass_dpost （传的是JBUF_PASS_THRU）：  
   只是做了  post->pub.post_process_data = cinfo->upsample->upsample;


 start_pass_main ：
   （ cinfo->upsample->need_context_rows为FALSE，所以执行的是：
   mainp->pub.process_data = process_data_simple_main;
mainp->buffer_full = FALSE;/* Mark buffer empty */
mainp->rowgroup_ctr = 0;
 
   

 jpeg_start_decompress  ( jdapistd.c )  -> jinit_master_decompress     output_pass_setup    jinit_master_decompress  -> master_selection    master_selection  -> jpeg_calc_output_dimensions     prepare_range_limit_table jinit_color_deconverter jinit_upsampler jinit_d_post_controller jinit_inverse_dct jinit_huff_decoder jinit_d_coef_controller jinit_d_main_controller   output_pass_setup   -> (*cinfo->master->prepare_for_output_pass)     (此处调用的其实是在jinit_master_decompress函数中赋值的：   master->pub.prepare_for_output_pass = prepare_for_output_pass;   所以，此处调用的其实就是 prepare_for_output_pass )  --> 于是乎：        if (! cinfo->raw_data_out) {  if (! master->using_merged_upsample)(*cinfo->cconvert->start_pass) (cinfo);  (*cinfo->upsample->start_pass) (cinfo);  if (cinfo->quantize_colors)(*cinfo->cquantize->start_pass) (cinfo, master->pub.is_dummy_pass);  (*cinfo->post->start_pass) (cinfo,(master->pub.is_dummy_pass ? JBUF_SAVE_AND_PASS : JBUF_PASS_THRU));  (*cinfo->main->start_pass) (cinfo, JBUF_PASS_THRU);}    上面的几个start_pass函数（quantize_colors为FALSE，所以不调Quantize start pass函数），请分别参考：  cconvert->pub.start_pass = start_pass_dcolor;  （ jdcolor.c中的jinit_color_deconverter）    upsample->pub.start_pass = start_pass_upsample; （ jdsample.c中的jinit_upsampler）    post->pub.start_pass = start_pass_dpost;  （ jdpostct.c中的 jinit_d_post_controller ）    mainp->pub.start_pass = start_pass_main;  （ jdmainct.c中的 jinit_d_main_controller ）    那么依次看下来：    start_pass_dcolor （ 空函数）    start_pass_upsample ： 也只是设置了next_row_out 和 rows_to_go 。    start_pass_dpost （传的是JBUF_PASS_THRU）：      只是做了  post->pub.post_process_data = cinfo->upsample->upsample;  start_pass_main ：    （ cinfo->upsample->need_context_rows为FALSE，所以执行的是：    mainp->pub.process_data = process_data_simple_main;mainp->buffer_full = FALSE;/* Mark buffer empty */mainp->rowgroup_ctr = 0;

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  至此，jpeg_start_decompress分析结束。大家可能觉得很奇怪，怎么还没开始解压的具体操作啊？
  对，这个函数主要是设置处理函数和对一些变量的初始化，真正解压出数据，还是在获取数据的
  地方（如jpeg_read_scanlines 或 jpeg_read_raw_data）。所以，如果你只是想获取解压图像
  的长宽或者一些其他参数，通过调用jpeg_start_decompress 或者 jpeg_calc_output_dimensions）
  所花费的时间是比较少的。
  
  （2）jpeg_read_scanlines
   从传入的数据可以看到，输出的数据（一行）要放到JSAMPARRAY类型。
   progress_monitor 用来监控解压情况（可以获取当前解压的百分比，如同winrar等解压软件一样）
   之后会调用(*cinfo->main->process_data) (cinfo, scanlines, &row_ctr, max_lines);来进行解压，
   并将解压后的数据存放到scanlines中。
   
   如上面的分析，此处实际调用的是： mainp->pub.process_data = process_data_simple_main;
   即 process_data_simple_main  函数 （jdmainct.c）。
   
   (*cinfo->coef->decompress_data) (cinfo, mainp->buffer) 这句就是做的具体解压的动作。
   对应的是jdcoefct.c里面的decompress_data （后面的我就不继续说了），得到的输出数据是
   JSAMPIMAGE类型的，此类型实际上是将Y,U,V分开了 （所以我个人觉得YUV420P3的输入数据，处理
   起来会稍微快些）。
   
   后面进行的是后级处理 ( post-process )， 是通过(*cinfo->post->post_process_data) 调用的。
   通过上面的post->pub.post_process_data = cinfo->upsample->upsample; 其实就是jdsample.c
   中的sep_upsample
   
   此处会分别调用各个component的upsample函数，如果要做upsample，那么upsample的输出buffer是在
   jinit_upsampler中分配的，如下：
   if (need_buffer) {
      upsample->color_buf[ci] = (*cinfo->mem->alloc_sarray)
((j_common_ptr) cinfo, JPOOL_IMAGE,
(JDIMENSION) jround_up((long) cinfo->output_width,
(long) cinfo->max_h_samp_factor),
(JDIMENSION) cinfo->max_v_samp_factor);
    }

   之后会调用color_convert进行颜色空间的转换，如果你是YUV -> YUV，此时就不会做转换，
   调用对应的null_convert函数；如果你使用默认的out_color_space，即RGB，而你的输入
   为YUV，则调用ycc_rgb_convert进行YUV->RGB转换。
   
   在color_convert处理之前，数据是以类似YUV420P3那样的三平面的方式存储的，之后
   在调用null_convert的时候，会将数据依次收集起来，进行pack，得到YUV444 Packed
   这样格式的数据。

(void)null_convert (j_decompress_ptr cinfo,      JSAMPIMAGE input_buf, JDIMENSION input_row,      JSAMPARRAY output_buf, int num_rows){  int ci;  register int nc = cinfo->num_components;  register JSAMPROW outptr;  register JSAMPROW inptr;  register JDIMENSION col;  JDIMENSION num_cols = cinfo->output_width;  while (--num_rows >= 0) {    for (ci = 0; ci < nc; ci++) {      inptr = input_buf[ci][input_row];      outptr = output_buf[0] + ci;      for (col = 0; col < num_cols; col++) {*outptr = *inptr++;/* needn't bother with GETJSAMPLE() here */outptr += nc;      }    }    input_row++;    output_buf++;  }}

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