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作者：郑晓勇
原文：http://zhengxiaoyong.me/2017/04/23/也谈图片压缩/
本文为作者投稿，未经允许禁止转载。
随着目前设备像素的不断提高，基本随便一张照片就是M级别的大小，对于如此大的图片，不管是在内存空间、带宽资源和服务器数据空间上都是非常耗费的，特别是在移动端，由图片引起的OOM和图片上传质量过大等问题我想大家都遇到过，所以对于图片内存占用上和物理空间占用上进行压缩很有必要。
在Android上，我们使用到的图片格式无非这五种：PNG、JPEG、Webp、SVG、GIF。其中GIF的位深为8位，所以文件通常比较小而且支持alpha通道以及动画，Webp在等质量的大小上和等大小的清晰度上都占极大优势，而SVG矢量图是由xml文件进行描述的，可以适配于任何分辨率的设备而保证图像不失真，Google的官方视频中也提到可用这两种格式进行某些场景下替换PNG或JPEG图像，这不但能节约带宽资源还能提高图片加载速度。
所以图片压缩主要是对PNG和JPEG这两种格式，关于图片的压缩，有无损压缩和有损压缩两种方式，这两种压缩方式区别如下：
其中PNG是无损压缩格式图片，JPEG是有损压缩格式图片，所以对应的也有各自的压缩算法。
在Android系统中，png的压缩是使用libpng进行压缩，场景有两个：编译阶段以及api层调用方式进行压缩。
其中在编译阶段通过aapt打包工具会对drawable目录下png图片进行压缩，压缩率大约在40%以下，如果我们对编译后的apk进行解压，可以发现解压后drawable目录下的png图片比原先的变小了。但是，也有例外，
NinePatch(.9)
图片经过编译反而变大，因为对于
.9
图片在编译过程中aapt会对它额外进行处理，使得
.9
图片会增加2~3个不同类型的
Chunk
块（
注
：api层调用方式进行压缩不会对
.9
进行额外处理）。
jpeg的压缩是用libjpeg（7.0后有变化，后面另外说）进行压缩，场景只有在api层进行调用方式进行压缩。下面将主要围绕图片的压缩原理、压缩策略以及在Android上的运用进行讲解。
在此之前，我们先了解一下ColorSpace(色彩空间)。通常来说，我们看一张彩色图片，会有几千甚至上万种颜色构成，色彩空间就是用来表示图片所构成的色彩范围。对于图片最常用的是使用三原色组成的RGB色彩空间，它最大可表示2^24(16777216)种颜色。
其它的色彩空间还有YUV、CMYK、YCCK等，其中YUV在视频的开发方面会经常涉及到，它主要用于表示彩色视频中彩色图像的颜色空间，因为它节约带宽，每个像素位深最大不超过12位，最小为6位，在此不过多描述，了解即可。
上面说到RGB色彩空间，它根据每个分量的所占位数不同又可以分为这两种：RGB_565、RGB_888，其中带alpha通道的有这两种：ARGB_4444、ARGB_8888，区别如下：
-
RGB_565
：每个像素占两个字节，R分量占5位，G分量占6位，B分量占5位，最多能表示2^16(65536)中颜色
-
RGB_888
：每个像素占三个字节，R、G、B分量各占8位，最多能表示2^24(16777216)中颜色
-
ARGB_4444
：每个像素占两个字节，A、R、G、B分量各占4位，最多能表示2^12(4096)中颜色，成像效果比较差，所以Google给了它一个Deprecated，并且v4.4+后如果使用了它会自动转成用ARGB_8888
-
ARGB_8888
：每个像素占四个字节，A、R、G、B分量各占8位，最多能表示2^24(16777216)中颜色，其中前面8位alpha（0~255）通道表示每个像素点的透明度
图片的存储形式，主要以以下三种形式存在：File、Stream、Bitmap。其中在Android上File主要有PNG、JPEG、XML(VectorDrawable)、Webp和GIF这五种类型格式进行存储，下面分别对这三种存储形式以及压缩方式进行分析。
PNG是一种无损压缩的图像存储格式，正由于它使用的是无损压缩算法进行压缩，所以相同像素宽高的图像保存为PNG在文件大小上比JPEG往往要大的多，一般是JPEG大小的几倍左右。由于无损压缩不会丢失图像数据，并且支持alpha通道而且完整的保存了图像数据且无锯齿，所以一般应用在PS素材或图标上，这就为什么不管Android和iOS图标都是使用的png格式。
PNG图像根据每个像素位数的不同，可分为三种格式：PNG8、PNG24、PNG32。PNG8只支持256色，有索引色透明和Alpha透明两种方式，索引色透明只能简单的指明一个像素点为透明还是不透明，Alpha透明则支持像素点的透明度，PNG24支持全色1670万色，只支持不透明，PNG32支持全色1670万色，在PNG24基础上增加了8位的alpha分量，支持Alpha透明，目前大部分PNG图片使用的格式大都为PNG32。
一个标准PNG图像文件数据结构如下：
其中一个最简单的PNG图像应该至少包含PNG文件的签名
Signature
、文件头数据块
IHDR
、图像内容数据块
IDAT
以及图像结束数据块
IEND
。这三个的数据块叫做关键数据块，是每一个PNG文件必须包含的，否则PNG文件将无法正常显示，另外还有
辅助数据块
，如：
PLTE
(调色板数据块，仅用于索引PNG)、
tEXt
(文本信息数据块)，这些辅助数据块是可选的，用于额外表示一个PNG文件的内容。
这些Chunk都由四部分内容组成：
含义如下：
下面主要说下这三个关键数据块，它们表示的含义如下：
-
Signature
：占8个字节，用于表示该文件是一个PNG文件，内容固定
-
IHDR
：占25字节，其中Data域占13个字节，用于表示图像的基本信息，如图像的宽高与位深等，并且它永远都是第一个数据块
-
IDAT
：占n个字节，用于表示图像的数据信息，它存储真实的图像数据，在一个PNG文件中，该数据块出现的数量为>=1
-
IEND
：占12个字节，用于表示数据块内容已结束，永远都是最后一个数据块，内容固定
如下，我们查看一张最简单的PNG文件结构：
可以看到这张PNG图像只包含了
Signature
、
IHDR
、一个
IDAT
以及结束数据块
IEND
，可以说是最简单的PNG图像。
前8个字节：
89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A
描述的
Signature
为ASCII字符
.PNG
表示该文件为PNG文件。
后续的25个字节：
00 00 00 0D 49 48 44 52 00 00 00 30 00 00 00 30 08 06 00 00 00 57 02 F9 87
描述的是
IHDR
头数据块，其中前4个字节
00 00 00 0D
表示该数据块Data域的长度为13字节，然后是4个字节
49 48 44 52
描述的该数据块类型，对应的ASCII字符为
IHDR
，接下来是数据块真正存储的数据Data域，最后是4个字节的CRC校验码。关于
IHDR
数据块的Data，主要有四个我们比较关心的数据：图像宽高、色深以及颜色类型。其中宽和高各占4个字节，位深和颜色类型占1个字节，对应字节为：
00 00 00 30 00 00 00 30 08 06
从中可以得知该PNG图像宽和高都为
00 00 00 30
(48px)，色深为8bit，颜色类型为6（6代表带alpha通道的彩色图像）。
更多细节可以参考W3C对于PNG的标准定义：
https://www.w3.org/TR/PNG/
NinePatch(.9)
NinePatch(.9)图片是Android上一个可动态伸缩的PNG图片，原理是在PNG图像基础上添加额外的1像素的边框来描述动态伸缩与内容填充的区域，然后在编译打包时通过aapt工具对.9图进行额外处理。
具体是提取所添加的1像素边框的信息，这些信息会通过额外类型
npTc
和
npOl
的
Chunk
数据块保存在PNG文件中，当在图片加载时，会在判断该图片是否为.9图来选择性的构造一个
NinePatchDrawable
还是
BitmapDrawable
对象，
NinePatchDrawable
即是一个可对内容区域进行动态伸缩的Drawable，判断是否为.9图以及构造一个
NinePatchDrawable
代码为：
byte[] npChunk = bitmap.getNinePatchChunk();
if (npChunk != null && NinePatch.isNinePatchChunk(npChunk)) {
NinePatchDrawable npDrawable = new NinePatchDrawable(getResources(), bitmap, npChunk, new Rect(), null);
//...
}
一个.9图片可以由自带的draw9patch工具进行制作，制作后文件的后缀为
.9.png
。
PNG压缩
关于对PNG图片的压缩，Android默认使用的是libpng库进行PNG图片的压缩，场景有两个地方：aapt打包时和bitmap.compress()时。
所以对于Android中PNG的压缩或想获取更好的压缩率，我们有两种做法：
-
屏蔽在aapt打包时默认的libpng的压缩，我们自己使用第三方压缩工具进行png图像的压缩
-
对于api层面，使用自己编译的lib库替换系统的api进行png的压缩
对于一些第三方png压缩工具，有：
通常来说如果我们不满足于在aapt打包时进行的png图片压缩，我们可以通过上面的工具进行png的压缩，此时，必须屏蔽aapt打包时的压缩。
我们可以通过gradle的
aaptOptions
配置来屏蔽aapt打包时对png进行压缩，进而使用我们自己压缩的png图片，通过以下配置：
android {
aaptOptions {
cruncherEnabled false
}
}
其中这不会屏蔽对.9图片的处理，所以不影响.9图的使用。
JPEG是一种有损压缩的图像存储格式，不支持alpha通道，由于它具有高压缩比，在压缩过程中把重复的数据和无关紧要的数据会选择性的丢失，所以如果不需要用到alpha通道，那么大都图片格式都用该格式。
JPEG数据结构
一张JPEG图片的数据结构大致如下：
JPEG文件主要是由多个
segment
段组成，每个
segment
又由
标识码
和
压缩数据
组成，标识码由两个字节组成，第一个为固定值
0xFF
，而区分每个标识码的类型主要由第二个进行区分，下面介绍一下常用的标识码：
更多JPEG格式细节可以看JPEG Wiki：
https://en.wikipedia.org/wiki/JPEG
