初识Android Bitmap压缩原理

概念解释

RGB颜色模型: 最常见的颜色模型，设备相关。R、G、B分别代表红、绿和蓝色三种颜色通道，取值均为[0,255]。

RGB 8位色: 表示使用8位(bit)表示颜色，一共能表示2^8 = 128种颜色。

依次类推RGB 16位色，RGB 24位色，RGB 32位色，使用的位数越多，能表示的颜色越多，24位能表示的颜色数量已经很多了，称之为“真彩色”。

32位和24位能表示的颜色一样多，多一个了透明度。

Android Bitmap使用的三种颜色格式：

ALPHA_8–每个像素占1个字节，存储透明度信息，没有颜色信息。
RGB_565--每个像素占2个字节存储颜色信息，R 5位，G 6位，B 5位，能表示2^16种颜色。
ARGB_8888--每个像素占4个字节存储颜色信息，A R G B各一个字节，能表示2^24种颜色，还有一个字节存储透明度信息。

压缩原理

在Android中进行图片压缩是非常常见的开发场景，主要的压缩方法有两种：其一是下采样压缩，其二是质量压缩。前者是降低图像尺寸，改变图片的存储体积；而后者则是在不改变图片尺寸的情况下，通过损失颜色精度，达到相同目的。

下采样压缩

图片尺寸的修改其实就是通过修改像素数，放大的过程称之为上采样，缩小的过程称之为下采样。在这里，我们只讨论下采样。下采样压缩是通过减少图片的像素数的来减小Bitmap内存占用。

1.使用Options.inSampleSize

代码示例：

BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();

options.inSampleSize = 2;

Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile("/sdcard/test.png");

Bitmap compress = BitmapFactory.decodeFile("/sdcard/test.png", options);

当采样率为inSampleSize = 2时，Bitmap内存宽高各减少一半，内存占用是不缩放情况下的1/4。

关于采样率的选择参考Android官方指南高效加载大图，主要分为两步：

探测图片宽高

BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();

options.inJustDecodeBounds = true;
BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.id.myimage, options);

int imageHeight = options.outHeight;

int imageWidth = options.outWidth;
String imageType = options.outMimeType;

计算采样率

public static int calculateInSampleSize(

            BitmapFactory.Options options, int reqWidth, int reqHeight) {

    // Raw height and width of image

    final int height = options.outHeight;

    final int width = options.outWidth;

    int inSampleSize = 1;
 
    if (height > reqHeight || width > reqWidth) {
 
        final int halfHeight = height / 2;

        final int halfWidth = width / 2;
 
        // Calculate the largest inSampleSize value that is a power of 2 and keeps both

        // height and width larger than the requested height and width.

        while ((halfHeight / inSampleSize) > reqHeight

                && (halfWidth / inSampleSize) > reqWidth) {

            inSampleSize *= 2;

        }

    }
 
    return inSampleSize;
}

这种方式使用的采样算法是邻近采样（Nearest Neighbour Resampling）：

x（x 为 2 的倍数）个像素最后对应一个像素。比如采样率设置为1/2，所以是两个像素生成一个像素。邻近采样的方式比较粗暴，直接选择其中的一个像素作为生成像素，另一个像素直接抛弃。

举例：一个200*200白黑像素相间的图片，sampleSize=2，原图和采样图的对比如下：
初识Android Bitmap压缩原理

2.使用createScaledBitmap或Matrix

代码示例：

Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile("/sdcard/test.png");

Bitmap compress = Bitmap.createScaledBitmap(bitmap, bitmap.getWidth()/2, bitmap.getHeight()/2, true);
 
或者直接使用 matrix 进行缩放，查看Bitmap.createScaledBitmap源码其实就是使用 matrix 缩放

Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile("/sdcard/test.png");

Matrix matrix = new Matrix();

matrix.setScale(0.5f, 0.5f);

bm = Bitmap.createBitmap(bitmap, 0, 0, bit.getWidth(), bit.getHeight(), matrix, true);

同样是图片宽高各为原来的1/2，这种方式采用双线性采样（Bilinear Resampling）:

这个算法不像邻近采样算法直接粗暴的选择一个像素，而是参考了源像素相应位置周围 2x2 个点的值，根据相对位置取对应的权重，经过计算之后得到目标图像。

假设要把一个大小为7 * 7的图片压缩成大小为3 * 3的图片。将源图片和目标图片放到直角坐标系中，图片左上角都和（0，0）点重合。

那么，目标图片的像素点（1，1）对应到源图片的像素点是（1 * 7/3，1 * 7/3）（像素坐标只能是整数，这个是概念上的像素），其周围2x2个像素分别是（2，2）、（2，3）、（3，2）和（3，3）坐标处的像素。

目标图片的像素点（1，1）的值就会参考这4个像素值，距离越近对目标像素影响越大。算法参考双线性插值。这个例子采用的是图片左上角对齐，还有几何中心对齐等方式。

初识Android Bitmap压缩原理

同样使用一个200*200白黑像素相间的图片作采样测试：

初识Android Bitmap压缩原理

不同的采样算法会产生不同效果，除了 Android 中这两种常用的采样算法之外，还有比较常见如：双立方／双三次采样（Bicubic Resampling）和 Lanczos Resampling等。如果对Android使用的这两种采样算法效果不满意，必要时可以引入其他的算法。

质量压缩

质量压缩的原理损失颜色精度，对于一个使用确定格式(ALPHA_8, RGB565，ARGB8888)的Bitmap，并不会减少其内存占用，因为内存占用=1/2/4 * 宽 * 高；但是保存成文件大小是会减小的，原因是需要表示的颜色少了。

颜色精度损失举例：0xFFFFFF→RGB每个单色低四位归零0xF0F0F0。假设一个图片对于颜色精度要求不高，只保存R G B各个通道的的高4位，那么颜色信息就能节省一半的空间占用。

代码示例：

ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();
//quality 为0～100，0表示最小体积，100表示最高质量，对应体积也是最大

bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG, 80, outputStream);

在上述代码中，我们选择的压缩格式是CompressFormat.JPEG，除此之外还有两个选择：

其一，CompressFormat.PNG， PNG 格式是无损的，它无法再进行质量压缩，quality 这个参数就没有作用了，会被忽略，所以最后图片保存成的文件大小不会有变化；

其二，CompressFormat.WEBP ，这个格式是 google 推出的图片格式，它会比 JPEG 更加省空间。官方表示能节省25%-34%的空间。

图片的质量压缩（编码）最终是由具体的编解码库来完成的。

Android里保存图片的逻辑是：Java 层函数→Native 函数→Skia函数→对应第三库函数（例如 libjpeg）。

Skia是Google开发维护的一个完整的2D图形库，可以绘制文本、几何和图像，广泛用于Chrome, Chrome OS, Android等系统中。它能够方便地挂接其他图形编解码库。

加载图片时BitmapFactory.Options.inPreferredConfig有没有用

使用方法

BitmapFactory.decodeFile（String pathName, Options opts）
或者
decodeStream(InputStream is, Rect outPadding, Options opts)
...

加载图片时，options.inPreferredConfig参数可选择ALPHA_8, RGB565，和ARGB8888。

试想加载一个32位色的PNG图片，inPreferredConfig参数设置成RGB565，加载进内存的Bitmap是RGB565吗？答案是否定的，PNG 格式无法进行质量压缩。

API文档的解释：

如果这是非空的，解码器将尝试解码成这个内部配置。如果它是null，或者请求不能满足，解码器将尝试根据系统的屏幕深度选择最佳匹配配置，以及原始图像的特性。默认ARGB_8888。