如何缩放PNG图像直到达到目标文件大小

Question

正如标题所说，我正在尝试调整 PNG 图像的大小以达到目标文件大小（以兆字节为单位）。
我在 SO 和网络上进行了很多搜索，发现了很多代码，但所有代码都没有考虑到最终文件的大小。
我已经安排了一些代码，但试图优化性能。

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例子：

• 源图像尺寸 = 30 MB
• 目标文件输出大小 = 5 MB

当前流量：

• 1 - 将PNG图像加载为BufferedImage
• 2 - 递归使用Scalr.resize(...) 来调整图像大小
  • 2.1 - 对于每个步骤，使用 ImageIO.write 将压缩的 PNG 存储在临时文件中
  • 2.2 - 使用File.length 检查大小，如果磁盘大小> 5 MB 返回步骤2
• 3 - 使用ImageIO.write(...) 保存图像

这个方法行得通，微调一些参数（比如比例因子）就可以完成任务了。

我试图了解是否可以通过计算/猜测最终文件大小而不将图像存储在临时文件中来改进所有方面。
有一个byte[] obj 存储在BufferedImage obj 中，我可以使用BufferedImage.getData().getDataBuffer() 获得它，它表示图像的内容，但显然这个数组的大小比文件的最终大小大2 倍或3 倍，因为PNG 压缩算法。

我尝试了一些公式来计算值，例如： w * h * bitDepth * 8 / 1024 / 1024 但我确信我丢失了很多数据并且帐户没有加起来！

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目前我主要使用这段代码：

static void resize(BufferedImage image, String outPath, int scalingFactor) throws Exception {
    image = Scalr.resize(image, image.getWidth() - scalingFactor);

    // image.getData().getDataBuffer() - the byteArray containing image

    File tempFile = File.createTempFile("" + System.currentTimeMillis(), ".png");
    ImageIO.write(image, "png", tempFile);

    System.out.println("Calculated size in bytes is: " + tempFile.length() + " - factor: " + scalingFactor);

    // MAX_SIZE defined in bytes
    if (tempFile.length() > MAX_SIZE) {
        // recursion starts here
        resize(image, outPath, chooseFactor(tempFile, 4));
    } else {
        // break the recursive cycle
        ImageIO.write(image, "png", new File(outPath));
    }
}

static int chooseFactor(File image, int scale) {
    // MEGABYTE is 1024*1024
    double mbSize = (double) image.length() / MEGABYTE;
    return (int) ((mbSize / scale) * 100);
}

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有没有办法从BufferedImage对象开始计算/猜测最终文件大小？

请告诉我我是否已经说清楚了，或者我可以提供更多信息。
如果您认为问题的解释性不够，也建议为该问题设置一个更合适的标题。

谢谢。

Answer 1

任何沿图像宽度/高度的单调函数都可用于执行二分搜索。

这种方法适用于许多可能需要的更改 （从PNG更改为JPG，添加压缩，更改优化 目标）与临时解决方案（例如直接预测 PNG 的大小（例如，可以简单地根据 您的生产服务器或客户端上安装了什么库 您的应用程序使用）。

存储的字节应该是单调的（无论如何我的实现在没有单调函数的情况下是安全的[但不是最优的]）。

此函数使用任何函数执行到较低域的二分搜索（例如，不放大图像）：

static BufferedImage downScaleSearch(BufferedImage source, Function<BufferedImage, Boolean> downScale) {

    int initialSize = Math.max(source.getWidth(), source.getHeight());

    int a = 1;
    int b = initialSize;

    BufferedImage image = source;
    while(true) {
        int c = (a + b) / 2 - 1;

        // fix point
        if(c <= a)
            return image;

        BufferedImage scaled = Scalr.resize(source, c);
        if(downScale.apply(scaled)) {
            b = c;
        } else {
            // the last candidate will be the not greater than limit
            image = scaled;
            a = c;
        }
    }
}

如果我们对最终的 PNG 文件大小感兴趣，搜索函数将为 PNG 大小：

static final Path output = Paths.get("/tmp/downscaled.png");

static long persistAndReturnSize(BufferedImage image) {
    if(ImageIO.write(image, "png", output.toFile()))
        return Files.size(output);
    throw new RuntimeException("Cannot write PNG file!");
}

（你可以持久化到内存而不是文件系统）。

现在，我们可以生成大小不超过任何固定值的图像

public static void main(String... args) throws IOException {

    BufferedImage image = ImageIO.read(Paths.get("/home/josejuan/tmp/test.png").toFile());

    for(long sz: asList(10_000, 30_000, 80_000, 150_000)) {
        final long MAX_SIZE = sz;
        BufferedImage bestFit = downScaleSearch(image, i -> persistAndReturnSize(i) >= MAX_SIZE);
        ImageIO.write(bestFit, "png", output.toFile());
        System.out.println("Size: " + sz + " >= " + Files.size(output));
    }

}

有输出

Size: 10000 >= 9794
Size: 30000 >= 29518
Size: 80000 >= 79050
Size: 150000 >= 143277

注意：如果您不使用压缩或您承认近似值，则可能您可以将 persistAndReturnSize 函数替换为 estimator 而无需保留图像。

注意：我们的搜索空间是 size = 1, 2, ...，但您可以使用更多参数执行类似的搜索，例如压缩级别、像素颜色空间……（尽管您的域可能会是不是单调的，你应该使用https://en.wikipedia.org/wiki/Gradient_descent 或类似的）。