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【原创】Libjpeg 库使用心得（一） JPEG图像DCT系数的获取和访问

2024-07-02 07:01:42   225人阅读

【原创】继续我的项目研究，现在采用Libjpeg库函数来进行处理，看了库函数之后发现C语言被这些人用的太牛了，五体投地啊。。。废话不多说，下面就进入正题。

 

Libjpeg库在网上下载还是挺方便的，这里就不附上来了，当然如果找不到的话，也可以发邮件给我，我的邮箱是gungnir2011@gmail.com。

打开库函数会看到有很多很多的文件，里面有两个解决方案，一个是apps，一个是jpeg。apps里面有5个工程，分别是用于压缩，解压，转换，读取JPEG中COM段，写入JPEG中COM段，COM段可以看做是JPEG中的注释。要想获取到DCT系数，比较好用的工程是压缩，解压和转换，要是想直接可以操作DCT系数的话还是使用转换的那个工程比较好，即jpegtran。

这里就需要提到库中对于DCT系数操作的函数，主要用上的就是jpeg_read_coefficients()和jpeg_write_coefficients()函数。这是两个非常好用的函数，从名字就可以看出，分别是读取DCT系数和写入DCT系数。因为jpegtran工程中可以提供无损转换，因此就用上了直接对于DCT系数操作的函数。这两个函数的源码就不贴了，在jpeg的解决方案中全方案查找一下就能找到源码，这里也不需要关注他内部如何实现的，只要知道需要什么参数，返回什么就可以了。还有一点要补充的是，读取出的DCT系数是量化后的DCT系数。

1 jvirt_barray_ptr *  jpeg_read_coefficients (j_decompress_ptr cinfo);
2 
3 void  jpeg_write_coefficients (j_compress_ptr cinfo, jvirt_barray_ptr * coef_arrays);

上面jvirt_barray_ptr *就是读取DCT系数所返回的值的类型，我们再来看看这个类型是怎么定义的：

1 typedef struct jvirt_barray_control * jvirt_barray_ptr;

可以看出是指向一个结构体的指针，再来看看结构体是什么样子：

 1 struct jvirt_barray_control {
 2   JBLOCKARRAY mem_buffer;    /* => the in-memory buffer */ 　　指向内存中的内容的指针
 3   JDIMENSION rows_in_array;    /* total virtual array height */ 　　总的虚拟数组的高度，即图片的高度
 4   JDIMENSION blocksperrow;    /* width of array (and of memory buffer) */ 　数组的宽度，也就是图片的宽度
 5   JDIMENSION maxaccess;        /* max rows accessed by access_virt_barray */ 　access_virt_barry所能访问到的最多的行数，这里不太明白是用来做什么的
 6   JDIMENSION rows_in_mem;    /* height of memory buffer */       在内存中内容的高度
 7   JDIMENSION rowsperchunk;    /* allocation chunk size in mem_buffer */　　这里不大清楚，我也没有用上
 8   JDIMENSION cur_start_row;    /* first logical row # in the buffer */　　　内存中内容的第一行的行号，一般都为0
 9   JDIMENSION first_undef_row;    /* row # of first uninitialized row */   　第一个没有初始化的行的行号，可以看作是含数据的最后一行的后一行
10   boolean pre_zero;        /* pre-zero mode requested? */　　预设0模式的判断
11   boolean dirty;        /* do current buffer contents need written? */　　现在的内容是否需要写入
12   boolean b_s_open;        /* is backing-store data valid? */　　　不大清楚
13   jvirt_barray_ptr next;    /* link to next virtual barray control block */　　下一个结构体的指针
14   backing_store_info b_s_info;    /* System-dependent control info */    不清楚
15 };

这下就明朗了，这里作者写的很好，每个都给了注释说明作用，后面的中文是我添加以便更好理解的。注释中红色突出的是需要用上的内容，mem_buffer是用来找到内存中的内容的指针，我们也是通过它来访问DCT系数的，这个指针类型会在下面介绍访问的时候再细说，这里先略过，next指针同样略过。其他的内容主要是用来控制循环的范围的，最外层的循环范围可以是rows_in_array，再次内层的范围是rows_in_mem或者从cur_start_row到first_undef_row，最内层的范围是blocksperrow。就是最多访问rows_in_array行，即最多访问图片高度数的行数，但是内存中可能无法一次存下整张图片，因此还有内存中存储的行数，即rows_in_mem,或者是从cur_start_row到first_undef_row，这两个范围都可以表示内存中存储的行数，而每一行又有blocksperrow个block，一个block是一个8*8的矩阵。每个block中存储的就是量化后的DCT系数，也就达到了获取DCT系数的目的。

 

 

==================================================分割线=====================================================

上面说完了DCT系数的获取，都已经能得到一个block了，就可以直接访问了，为什么还要单独拿出来说一下DCT系数的访问。只能说是因为那些库函数的作者太牛了，指针用的出神入化，当然更多的原因应该是我太菜了。。。求轻喷。。。在理解了他指针的使用之后其实挺简单的，下面就来介绍介绍：

还记得上面提到的JBLOCKARRAY指针类型么，就是这个，我们就从这里开始，这是指向内存中内容的指针，也是我们访问DCT系数的头，我们先来看看它以及其他相关指针类型的定义：

1 typedef JCOEF JBLOCK[DCTSIZE2];    /* one block of coefficients */     一个系数的block
2 typedef JBLOCK FAR *JBLOCKROW;    /* pointer to one row of coefficient blocks */　指向一行系数block的指针
3 typedef JBLOCKROW *JBLOCKARRAY;        /* a 2-D array of coefficient blocks */    一个系数block的2维数组指针

JCOEF就是short类型，这是头文件里typedef的，就不贴出了。可以看出，JBLOCK其实是一个大小为DCTSIZE2的数组，DCTSIZE2就是64，同样是头文件里typedef的，而JBLOCKROW是一个指向JBLOCK型的指针，我们的头JBLOCKARRAY是指向JBLOCKROW型的指针，也就是指向JBLOCK型的一个二级指针（不知道有没有这个说法，是我自创的~）。

作者为什么要用这么麻烦的指针型呢，别急，我们再来看看注释。JBLOCK是一个系数的block，这好理解，一个block有64个系数，JBLOCK是大小为64的short型数组，很明显，每个元素就是一个系数。JBLOCKROW是指向一行系数block的指针，这什么意思呢？上面说到的那个结构体中很多成员变量都与行有关，因为库函数中对于图片是一行一行的处理的，我们可以把图片看成由许多行组成的一个2维数组，每个数组元素是一个block，这样就好理解多了，JBLOCKROW就是指向这个2维数组一行的一个指针，那么JBLOCKARRAY也容易理解了，就是一个指向这个2维数组的指针。

具体的结构关系请看下图（图片也是本人手绘的~）：

也就是说在内存中的buffer其实保存的是一个个JBLOCKROW型的指针，每个JBLOCKROW型指针都指向了一行系数，每一行最多能访问图片的宽度，即blocksperrow个block，要不然再往后访问的数据就不对了，同样也只能访问图片的高度数那么多个的JBLOCKROW，否则也会访问出错！！

 

主要结构关系都已经说明白了，下面就直接贴上我的代码，也可以更直观的看到是如何访问的，加深理解：

 1 void func(jvirt_barray_ptr* coef_arrays)                       
 2 {
 3     jvirt_barray_ptr temp_src_coef_arrays; 5     temp_src_coef_arrays = *coef_arrays;
 6     while (temp_src_coef_arrays)
 7     {
 8         JBLOCKARRAY jbarray = (temp_src_coef_arrays)->mem_buffer;
 9         JBLOCKROW jbrow = NULL;
10         for (int i = 0; i < (temp_src_coef_arrays)->rows_in_mem; i++)
11         {
12             jbrow = *jbarray;
13             for (int j = 0; j < (temp_src_coef_arrays)->blocksperrow; j++)
14             {
15                 for (int k = 1; k <64; k++)
16                 {
17                     if ((*(jbrow + j))[k] != 0)
18                     {
19                        ......20                     }                        
21                 }
22             }
23             jbarray++;
24         }
25         temp_src_coef_arrays = (temp_src_coef_arrays)->next;
26     }28 }

函数中的参数就是由jpeg_read_coefficients()函数返回的值，通过它找到访问的头，在访问完一个block之后，JBLOCKROW型指针向后移动访问下一个block，直到一行block访问结束，跳出一行的循环，通过JBLOCKARRAY取到下一个JBLOCKROW型指针，继续循环一行的访问，直到所有的行都访问结束，DCT系数也都全部访问结束。


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