CImg:插件(plugin)使用说明塈实现JPEG图像内存编码/解码

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-05-09 05:44 42阅读 0赞

# 杀鸡用牛刀？ #

如果你想对图像进行简单处理，你一般会想到用什么？可能多数人想到的是OpenCV。  
对，OpenCV是个非常强大的图像视觉工具库，用途非常广泛。简单的图像处理用它肯定是可以的。  
但OpenCV实在太庞大了，用起来有时反而不方便，就好比你现在肚子饿了只想简单吃个午饭，你是选择街边的饭馆买一份快餐15分钟解决问题，还是打电话给高级西餐厅订个位子要排队等到下周一才能吃上？  
用OpenCV完成一些简单的图像处理就好比用一把牛刀杀鸡，能用但不好用，比如要写一个简单的测试程序，需要加载显示图像文件，并对图像做一个简单的处理(缩放,旋转,绘图),用OpenCV,就要多一个依赖库，可能还要为此编译OpenCV.而库中90%的功能都用不到，想想就好麻烦。  
[CImg][]是一个小型的C++语言跨平台的图像处理开源库，有多小型？核心代码只有一个`CImg.h`文件。但是这个工具就像一把瑞士军刀，拥有的功能却非常多，常用的图像显示，图像格式解码，矩阵运算，色彩空间转换，简单绘图。。。等等该有的功能都有了。  
所以我在写一些没有性能有要求的测试程序的时候，会选择用CImg来完成，没有依赖库，编译出的代码到哪里都能运行，方便啊，不然呢，你写个测试程序给客户，客户的电脑上不了，为啥没装OpenCV，客户问啥是OpenCV?..你再解释一遍，再教客户安装OpenCV，想想都头大。

# CImg插件 #

几年前就用过[CImg][CImg 1]，当时是用它在测试程序中做简单的图像显示，非常方便。在libjpeg的支持下也用它加载JPEG图像文件，当时还在困扰CImg没有提供对JPEG格式图像内存编码/解码的功能。所以为此花了挺大精力自己实现了jpeg图像的内存编码/解码功能，参见我之前的博文：

> [《libjpeg:实现jpeg内存解压缩塈转换色彩空间/压缩分辨率》][libjpeg_jpeg]  
> [《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》][libjpeg_jpeg_error_exit]

最近的工作中又要对JPEG图像进行内存解码了，原打算用之前写的代码，但我重新看了CImg的代码。才发现CImg在核心代码`CImg.h`之外还提供了很多插件(plugins),如下：

│  CImg.h
    	│  README.md
    	│
    	├─examples
    	│  └─img
    	│
    	├─plugins
    	│      add_fileformat.h
    	│      bayer.h
    	│      chlpca.h
    	│      cvMat.h
    	│      draw_gradient.h
    	│      inpaint.h
    	│      ipl.h
    	│      ipl_alt.h
    	│      jpeg_buffer.h
    	│      loop_macros.h
    	│      matlab.h
    	│      nlmeans.h
    	│      patchmatch.h
    	│      skeleton.h
    	│      tiff_stream.h
    	│      tinymatwriter.h
    	│      vrml.h
    	│      vtk.h
    	│
    	└─resources
    	        compile_win_icl.bat
    	        compile_win_visualcpp.bat

可以看到有个`plugins\jpeg_buffer.h`,就是实现jpeg内存压缩和解压缩的。有了这个插件的支持，CImg类就多了`load_jpeg_buffer`和`save_jpeg_buffer`两个成员函数，分别用于jpeg文件的压缩和解压缩。具体怎么用呢？`examples`文件夹下`use_jpeg_buffer.cpp`就是示例代码。以下代码来自`use_jpeg_buffer.cpp`，本文作者只是添加了中文注释

#include <cstdio>
    // JPEG文件的读写需要libjpeg的支持，所以这里必须要include jpeglib.h jerror.h
    #include <jpeglib.h>
    #include <jerror.h>
    
    // 这一行放在#include "CImg.h"前面，用于将jpeg_buffer.h插件加入CImg类的定义
    // CImg.h中有多个下面这样的代码，将你定义的插件头文件 include到CImg类定义中
    //             #ifdef cimg_plugin
    //             #include cimg_plugin
    //             #endif
    //             #ifdef cimg_plugin1
    //             #include cimg_plugin1
    //             #endif
    // 以此类推，如果你同时也想让CImg对象能转换成OpenCV的矩阵对象cv::Mat
    // 就可以定义 cimg_plugin1 为  "plugins/cvMat.h"
    //            #define cimg_plugin1 "plugins/cvMat.h"
    #define cimg_plugin "plugins/jpeg_buffer.h"
    #include "CImg.h"
    using namespace cimg_library;
    int main() {
        
    
      // 将一个JPEG文件的数据读取到内存缓冲区 'buffer_input'中
      const char *filename_input = "foo.jpg";
      std::fprintf(stderr," - Reading file '%s'\n",filename_input);
      std::FILE *file_input = std::fopen(filename_input,"rb");
      if (!file_input) {
         std::fprintf(stderr,"Input JPEG file not found !"); std::exit(0); }
    
      std::fprintf(stderr," - Construct input JPEG-coded buffer\n");
      unsigned buf_size = 500000; // 这里定义文件长度
      JOCTET *buffer_input = new JOCTET[buf_size];
      if (std::fread(buffer_input,sizeof(JOCTET),buf_size,file_input)) std::fclose(file_input);
      // -> 'buffer_input' is now a valid jpeg-coded memory buffer.
    
      std::fprintf(stderr," - Create CImg instance from JPEG-coded buffer\n");
      CImg<unsigned char> img;
      // 将内存缓冲区 'buffer_input'中的图像数据调用load_jpeg_buffer函数实现内存解压缩，buffer_input用完就可以删除了。
      img.load_jpeg_buffer(buffer_input, buf_size);
      delete[] buffer_input;
    
      // 然后你可以在CImg对象上做你想要的图像处理，比如下面的代码在图像上写文字 ‘ Hello!’，并显示出来
      std::fprintf(stderr," - Do simple processing\n");
      const unsigned char purple[] = {
         255, 0, 0 };
      const unsigned char black[] = {
         0, 0, 0 };
      img.mirror('y').draw_text(0,0,"   Hello!   ",purple,black,1,57);
    
      // Display image to see if everything's fine.
      img.display("Using 'jpeg_buffer.h' plugin");
    
      // 定义一个JPEG压缩输出缓冲区，因为无法预测JPEG压缩输出的数据尺寸，所以这里定义了原文件尺寸2倍。
      // 实际应用中为保险起见，应该以图像分辨率来决定缓冲区的大小， 
      std::fprintf(stderr," - Construct output JPEG-coded buffer\n");
      JOCTET *buffer_output = new JOCTET[2*buf_size];
    
      // 调用save_jpeg_buffer函数将处理过的CImg对象的图像数据压缩成JPEG格式写入输出缓冲区‘buffer_output ’
      // 调用结束时'buf_size'中会输出实际输出的数据长度
      img.save_jpeg_buffer(buffer_output,buf_size,60);
    
    
      // 将输出缓冲区‘buffer_output ’中的JPEG图像数据写入一个新文件
      const char *filename_output = "foo_output.jpg";
      std::fprintf(stderr," - Save output file '%s'\n",filename_output);
      std::FILE* file_output = std::fopen(filename_output,"wb");
      std::fwrite(buffer_output, sizeof(JOCTET), buf_size, file_output);
      std::fclose(file_output);
      delete[] buffer_output;
    
      std::fprintf(stderr," - All done !\n");
      return 0;
    }

使用很简单吧？  
示例代码虽然啰里啰嗦一大堆，关键代码其实就只有两行。唉，几年我要是多仔细看CImg一眼，知道plugins下还有宝可挖，我又何必费力自己实现JPEG内存解码呢，重复发明轮子，真的好无奈。

# 运行DEMO #

如果你想知道CImg可以都能干哪些工作，运行一下它的demo就知道了。  
windows下编译DEMO很简单，在执行`resources`文件夹下的批处理程序`\compile_win_visualcpp.bat`就会自动编译所有的DEMO,因为`CImg.h`文件很大，所以编译的时间有点久。  
编译完成之后，运行`CImg_demo.exe`就会出现下面的界面，你可以选择你要执行的DEMO程序

![在这里插入图片描述][70]

![在这里插入图片描述][70 1]

# NOTE #

本文作者写这篇文章时用的CImg版本还是几年前下载的`1.6.8`,现在CImg的版本已经升级到`2.3.6`了，参见CImg官网 [http://cimg.eu/][CImg] 或 github 上的官方仓库： [https://github.com/dtschump/CImg/releases][https_github.com_dtschump_CImg_releases]

另外作为一个简单小型的图像处理工具库，它有啥缺点呢？我觉得就最大的缺点就是编译时间偏长，`CImg.h`一个头文件就有2.8MB,编译这么大的源文件，编译器的负载很重，所以编译时间比较长，建议在尽量集中在一个cpp源码中使用`CImg.h`时不要到处随意`#include <CImg.h>`,否则会让整项目的代码编译耗时大大增加。

[CImg]: http://cimg.eu/
[CImg 1]: https://github.com/dtschump/CImg
[libjpeg_jpeg]: https://blog.csdn.net/10km/article/details/50569296
[libjpeg_jpeg_error_exit]: https://blog.csdn.net/10km/article/details/50547034
[70]: /images/20220509/46adf5951b6c4cdc85656f61e1a67cba.png
[70 1]: /images/20220509/1e2227554bd0477d8a661ebb540a76a1.png
[https_github.com_dtschump_CImg_releases]: https://github.com/dtschump/CImg/releases