简单易用的图像解码库介绍 —— stb_image

简单易用的图像解码库介绍 —— stb_image

标签: stb_image  

说到图像解码库,最容易想起的就是 libpnglibjpeg 这两个老牌图像解码库了。

libpnglibjpeg 分别各自对应 pngjpeg 两种图像格式。这两种格式的区别如下:

png 支持透明度,无损压缩的图片格式,能在保证不失真的情况下尽可能压缩图像文件的大小,因此图像质量高,在一些贴纸应用中也大部分用的是 png 图片。

jpg 不支持透明度,有损压缩的图片格式,有损压缩会使得原始图片数据质量下载,也因此它占用的内存小,在网页应用中加速速度快。

要想在工程中同时解码 pngjpeg 格式图片,就必须同时引用这两种库,而且还得经过一系列编译步骤才行。

在这里,介绍一个简单易用的图像库:stb_image 。Github 地址为:https://github.com/nothings/stb ,目前已经有了 9600+ Star 。它的使用非常简单,看看 README 可能你就会了。

看看它的源码,你会发现全是 .h 头文件。这就是它的强大之处了,仅需在工程中加入头文件就可以解析图像了(实际上是函数实现等内容都放在头文件了而已)。

重点关注如下三个头文件:

  • stb_image.h
    • 用于图像加载
  • stb_image_write.h
    • 用于写入图像文件
  • stb_image_resize.h
    • 用于改变图像尺寸

下面就开始实践吧,先给出一个完整的例子:

#include <iostream>

#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"
#define STB_IMAGE_WRITE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image_write.h"
#define STB_IMAGE_RESIZE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image_resize.h"
#include <string>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    std::cout << "Hello, STB_Image" << std::endl;

    string inputPath = "/Users/glumes/Pictures/input.png";
    int iw, ih, n;
    
    // 加载图片获取宽、高、颜色通道信息
    unsigned char *idata = stbi_load(inputPath.c_str(), &iw, &ih, &n, 0);

    int ow = iw / 2;
    int oh = ih / 2;
    auto *odata = (unsigned char *) malloc(ow * oh * n);
    
    // 改变图片尺寸
    stbir_resize(idata, iw, ih, 0, odata, ow, oh, 0, STBIR_TYPE_UINT8, n, STBIR_ALPHA_CHANNEL_NONE, 0,
                 STBIR_EDGE_CLAMP, STBIR_EDGE_CLAMP,
                 STBIR_FILTER_BOX, STBIR_FILTER_BOX,
                 STBIR_COLORSPACE_SRGB, nullptr
    );

    string outputPath = "/Users/glumes/Pictures/output.png";
    // 写入图片
    stbi_write_png(outputPath.c_str(), ow, oh, n, odata, 0);

    stbi_image_free(idata);
    stbi_image_free(odata);
    return 0;
}

这个例子很简单也很全面,主要就是加载了一张图片,并将它的宽高都缩小一倍,并保存缩小后图片。

stb_image

首先是调用 stbi_load 方法去加载图像数据,并获取相关信息。传入的参数除了图片文件地址,还有宽、高、颜色通道信息的引用。

变量 n 就代表图片的颜色通道值,通常有如下的情况:

  • 1 : 灰度图
  • 2 : 灰度图加透明度
  • 3 : 红绿蓝 RGB 三色图
  • 4 : 红绿蓝加透明度 RGBA 图

返回的结果就是图片像素数据的指针了。

stbi_load 不仅仅支持 png 格式,把上面例子中的图片改成 jpg 格式后缀的依旧可行。

它支持的所有格式如下:

  • png
  • jpg
  • tga
  • bmp
  • psd
  • gif
  • hdr
  • pic

格式虽多,不过一般用到 png 和 jpg 就好了。

除了从文件加载图片,stb_image 还支持从内存中加载图片,通过该方法 stbi_load_from_memory ,在后续文章中会用到它的。

加载完图片之后,stb_image 还提供了相应的释放方法 stbi_image_free,实际上就是把 free 封装了一下而已。

sbt_image_resize

加载完图片像素数据之后,就可以通过 stbir_resize 方法改变图片的尺寸。

stbir_resize 方法参数有很多:

STBIRDEF int stbir_resize(const void *input_pixels , int input_w , int input_h , int input_stride_in_bytes,
                             void *output_pixels, int output_w, int output_h, int output_stride_in_bytes,
                             stbir_datatype datatype,
                             int num_channels, int alpha_channel, int flags,
                             // stb 中提供了多种模式,但是修改后并没有见很明显的效果
                             stbir_edge edge_mode_horizontal, stbir_edge edge_mode_vertical, 
                             stbir_filter filter_horizontal,  stbir_filter filter_vertical,
                             stbir_colorspace space, void *alloc_context)

stbir_edgestbir_filter 类型的参数,stb_image_resize 提供了多种类型:

typedef enum
{
    STBIR_EDGE_CLAMP   = 1,
    STBIR_EDGE_REFLECT = 2,
    STBIR_EDGE_WRAP    = 3,
    STBIR_EDGE_ZERO    = 4,
} stbir_edge;

typedef enum
{
    STBIR_FILTER_DEFAULT      = 0,  // use same filter type that easy-to-use API chooses
    STBIR_FILTER_BOX          = 1,  // A trapezoid w/1-pixel wide ramps, same result as box for integer scale ratios
    STBIR_FILTER_TRIANGLE     = 2,  // On upsampling, produces same results as bilinear texture filtering
    STBIR_FILTER_CUBICBSPLINE = 3,  // The cubic b-spline (aka Mitchell-Netrevalli with B=1,C=0), gaussian-esque
    STBIR_FILTER_CATMULLROM   = 4,  // An interpolating cubic spline
    STBIR_FILTER_MITCHELL     = 5,  // Mitchell-Netrevalli filter with B=1/3, C=1/3
} stbir_filter;

但实际上调整不同类型组合得到的图片并没有太多的变化 ┑( ̄Д  ̄)┍。

真正有用的可能还是前面那几个参数,指定了要将图片缩放后的宽高数据。

stb_image_write

最后就是调用 stbi_write_png 方法将像素数据写入文件中,除此之外,stb_image_write 还提供了 stbi_write_jpg 方法来保存 jpg 格式图片。

根据两者格式的不同,方法调用的参数也是不一样的。

int stbi_write_jpg(char const *filename, int x, int y, int comp, const void *data, int quality)

int stbi_write_png(char const *filename, int x, int y, int comp, const void *data, int stride_bytes)

总结

以上就是关于 stb_image 图像解码库的小介绍。

总的来说,它还是挺简单易用的,在平常做一些 Demo 以及需要快速实现、验证功能的情况下都可以考虑考虑。

但是在一些大型的项目中,还是要深思熟虑一些,从性能方面考虑,它肯定不如老牌的图像解码库了,像 libjpeg-turbo 解码用到了 NEON 这样 SIMD (单指令流多数据流)的操作,才是大型项目的首选了。

参考

关于 stb_image 在 Android 中的使用实践,可以参考我的项目:

https://github.com/glumes/InstantGLSL

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Glumes

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