在Android中使用libpng

最近在使用Android的Bitmap.compress方法保存4K png图片时，发现其耗时在1秒钟以上，通过询问deepseek得知相比Bitmap.compress，使用libpng提升png图片的保存速度。接下来本文将阐述在Android中如何集成libpng，以及在使用过程中遇到的问题和最终的对比测试结果。
编译libpng

使用AndroidStudio创建Native C++项目或者Android Native Library模块，然后将下载libpng解压到对应的src/main/cpp目录下，与CMakeLists.txt在同级目录下，如：

1. src/main/cpp
2. ├── CMakeLists.txt
3. ├── libpng

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在libpng的libpng16分支中已经提供了CMakeLists.txt文件，因此在Android的CMakeLists.txt中添加子路径：

1. add_subdirectory(libpng)

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同时添加头文件路径：

1. include_directories(libpng)

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build后就可以在build/intermediates/cxx目录下找到编译出来的libpng16.so文件。
接下来在kotlin文件中添加保存png图片的接口：

1. class PNG {
2.     companion object {
3.         init {
4.             System.loadLibrary("png-jni")
5.         }
6.         external fun save(bitmap: Bitmap, filepath: String): Boolean
7.     }
8. }

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在c/c++文件中添加native实现：

1. extern "C"
2. JNIEXPORT jboolean JNICALL
3. Java_com_ihuntto_libpng_PNG_00024Companion_save(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject bitmap,
4.                                                 jstring file_path) {
5.     const char *path = env->GetStringUTFChars(file_path, nullptr);
6.     if (path == nullptr) {
7.         return JNI_FALSE;
8.     }
10.     // 获取 Bitmap 信息
11.     AndroidBitmapInfo info;
12.     if (AndroidBitmap_getInfo(env, bitmap, &info) < 0) {
13.         env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
14.         return JNI_FALSE;
15.     }
17.     if (info.format != ANDROID_BITMAP_FORMAT_RGBA_8888) {
18.         // 需要 RGBA_8888 格式
19.         env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
20.         return JNI_FALSE;
21.     }
23.     // 锁定 Bitmap 像素
24.     void *pixels;
25.     if (AndroidBitmap_lockPixels(env, bitmap, &pixels) < 0) {
26.         env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
27.         return JNI_FALSE;
28.     }
30.     FILE *fp = fopen(path, "wb");
31.     if (!fp) {
32.         AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
33.         env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
34.         return JNI_FALSE;
35.     }
37.     png_structp png = png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, nullptr, nullptr, nullptr);
38.     if (!png) {
39.         fclose(fp);
40.         AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
41.         env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
42.         return JNI_FALSE;
43.     }
45.     png_infop info_ptr = png_create_info_struct(png);
46.     if (!info_ptr) {
47.         png_destroy_write_struct(&png, nullptr);
48.         fclose(fp);
49.         AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
50.         env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
51.         return JNI_FALSE;
52.     }
54.     if (setjmp(png_jmpbuf(png))) {
55.         png_destroy_write_struct(&png, &info_ptr);
56.         fclose(fp);
57.         AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
58.         env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
59.         return JNI_FALSE;
60.     }
62.     png_init_io(png, fp);
64.     // 设置 PNG 头信息
65.     int color_type = PNG_COLOR_TYPE_RGBA;
66.     png_set_IHDR(png, info_ptr, info.width, info.height, 8, color_type,
67.                  PNG_INTERLACE_NONE,
68.                  PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE,
69.                  PNG_FILTER_TYPE_BASE);
71.     png_write_info(png, info_ptr);
73.     // 写入图像数据
74.     png_bytep *row_pointers = new png_bytep[info.height];
75.     for (int y = 0; y < info.height; y++) {
76.         row_pointers[y] = static_cast<png_bytep>(pixels) + y * info.stride;
77.     }
79.     png_write_image(png, row_pointers);
80.     png_write_end(png, nullptr);
82.     // 清理资源
83.     delete[] row_pointers;
84.     png_destroy_write_struct(&png, &info_ptr);
85.     fclose(fp);
86.     AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
87.     env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
89.     return JNI_TRUE;
90. }

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上述实现代码由deepseek提供

最后需要在CMakeLists.txt链接libpng库：

1. target_link_libraries(${CMAKE_PROJECT_NAME}
2.         # List libraries link to the target library
3.         android
4.         png_shared
5.         jnigraphics
6.         log)

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注意libpng的链接目标是png_shared，而不是png或png16，因为libpng的CMakeLists.txt中编译的库目标名称为png_shared，输出库文件名称为libpng16.so，因此不要链接错了，否则会编译报错。
现在就可以通过PNG.save()完成libpng的图片保存目标了。
对比测试

为了对比Bitmap.compress和libpng，增加一段对比测试代码：

1. //omit other code
2. GlobalScope.launch(Dispatchers.IO) {
3.     var time = System.currentTimeMillis()
4.     val bitmap = createColorNoiseBitmap(binding.root.width, binding.root.height)
5.     val sb = StringBuilder()
6.     sb.append("create bitmap used ${System.currentTimeMillis() - time}ms\n")
7.     time = System.currentTimeMillis()
8.     externalCacheDir?.absolutePath?.let { cacheDir ->
9.         try {
10.             BufferedOutputStream(FileOutputStream(cacheDir + File.separatorChar + "noise1.png")).use {
11.                 bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.PNG, 100, it)
12.             }
13.             sb.append("bitmap compress used ${System.currentTimeMillis() - time}ms\n")
14.             time = System.currentTimeMillis()
15.             PNG.save(bitmap, cacheDir + File.separatorChar + "noise0.png")
16.             sb.append("libpng save used ${System.currentTimeMillis() - time}ms\n")
17.         } catch (e: IOException) {
18.             e.printStackTrace()
19.         }
20.     }
21.     //omit other code
22. }

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序号图片分辨率Bitmap.compresslibpng11080*22538.46MB/323ms8.46MB/563ms在Build Variants为debug模式时，libpng的速度比Bitmap.compress的速度要慢，上表只列出了一次测试结果，多次测试后也是libpng的速度慢，但两者保存的图片大小是一致的。接下来看看是否能提升一下libpng的保存速度。
libpng优化

• 将Build Variants改为release模式。
  

序号\耗时(ms)Bitmap.compresslibpng13183032310301331828842992925317282

测试的图片分辨率都是1080*2253，不再单独列出。

现在libpng的速度已经快于Bitmap.compress，但相差不大。

• 设置libpng速度优先：
  

1.     // 1. 设置最快的压缩级别
2.     png_set_compression_level(png, Z_BEST_SPEED);
3.     // 2. 禁用所有过滤器（最快）
4.     png_set_filter(png, PNG_FILTER_TYPE_BASE, PNG_FILTER_NONE);
5.     // 3. 设置压缩策略为最快
6.     png_set_compression_strategy(png, Z_DEFAULT_STRATEGY);

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序号\耗时(ms)Bitmap.compresslibpng13242332327175331421043032055306211此时libpng已经明显快于Bitmap.compress了，耗时约为Bitmap.compress的三分之二。

• 开启png硬件优化
  

在CMakeLists.txt中添加：

1. set(PNG_HARDWARE_OPTIMIZATIONS ON)

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不过这个是默认开启的，添加后实际无差异。

• 其他编译优化
  

在CMakeLists.txt中添加：

1. set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE} -O3 -ffast-math -fno-rtti -fno-exceptions")
3. set(PNG_STATIC OFF) # 不编译静态库
4. set(PNG_TESTS OFF) # 不编译测试程序

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第一个是设置Release的编译优化，经过实际测试几乎无优化；后两个主要可以提升编译速度。
目前从测试结果来看，libpng相比于Android自带的Bitmap.compress带来的速度提升有限，并且还会增加apk的大小，是否需要使用需要根据项目实际情况来评估。
完整项目代码已上传Github。
参考

[1] deepseek
[2] Android Developer API reference
[3] libpng

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