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：

src/main/cpp
├── CMakeLists.txt
├── libpng

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：

add_subdirectory(libpng)

同时添加头文件路径：

include_directories(libpng)

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：

class PNG {
    companion object {
        init {
            System.loadLibrary("png-jni")
        }
        external fun save(bitmap: Bitmap, filepath: String): Boolean
    }
}

在c/c++文件中添加native实现：

extern "C"
JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_com_ihuntto_libpng_PNG_00024Companion_save(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject bitmap,
                                                jstring file_path) {
    const char *path = env->GetStringUTFChars(file_path, nullptr);
    if (path == nullptr) {
        return JNI_FALSE;
    }

    // 获取 Bitmap 信息
    AndroidBitmapInfo info;
    if (AndroidBitmap_getInfo(env, bitmap, &info) < 0) {
        env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
        return JNI_FALSE;
    }

    if (info.format != ANDROID_BITMAP_FORMAT_RGBA_8888) {
        // 需要 RGBA_8888 格式
        env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
        return JNI_FALSE;
    }

    // 锁定 Bitmap 像素
    void *pixels;
    if (AndroidBitmap_lockPixels(env, bitmap, &pixels) < 0) {
        env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
        return JNI_FALSE;
    }

    FILE *fp = fopen(path, "wb");
    if (!fp) {
        AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
        env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
        return JNI_FALSE;
    }

    png_structp png = png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, nullptr, nullptr, nullptr);
    if (!png) {
        fclose(fp);
        AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
        env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
        return JNI_FALSE;
    }

    png_infop info_ptr = png_create_info_struct(png);
    if (!info_ptr) {
        png_destroy_write_struct(&png, nullptr);
        fclose(fp);
        AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
        env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
        return JNI_FALSE;
    }

    if (setjmp(png_jmpbuf(png))) {
        png_destroy_write_struct(&png, &info_ptr);
        fclose(fp);
        AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
        env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);
        return JNI_FALSE;
    }

    png_init_io(png, fp);

    // 设置 PNG 头信息
    int color_type = PNG_COLOR_TYPE_RGBA;
    png_set_IHDR(png, info_ptr, info.width, info.height, 8, color_type,
                 PNG_INTERLACE_NONE,
                 PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE,
                 PNG_FILTER_TYPE_BASE);

    png_write_info(png, info_ptr);

    // 写入图像数据
    png_bytep *row_pointers = new png_bytep[info.height];
    for (int y = 0; y < info.height; y++) {
        row_pointers[y] = static_cast<png_bytep>(pixels) + y * info.stride;
    }

    png_write_image(png, row_pointers);
    png_write_end(png, nullptr);

    // 清理资源
    delete[] row_pointers;
    png_destroy_write_struct(&png, &info_ptr);
    fclose(fp);
    AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
    env->ReleaseStringUTFChars(file_path, path);

    return JNI_TRUE;
}

上述实现代码由deepseek提供

最后需要在CMakeLists.txt链接libpng库：

target_link_libraries(${CMAKE_PROJECT_NAME}
        # List libraries link to the target library
        android
        png_shared
        jnigraphics
        log)

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：

//omit other code
GlobalScope.launch(Dispatchers.IO) {
    var time = System.currentTimeMillis()
    val bitmap = createColorNoiseBitmap(binding.root.width, binding.root.height)
    val sb = StringBuilder()
    sb.append("create bitmap used ${System.currentTimeMillis() - time}ms\n")
    time = System.currentTimeMillis()
    externalCacheDir?.absolutePath?.let { cacheDir ->
        try {
            BufferedOutputStream(FileOutputStream(cacheDir + File.separatorChar + "noise1.png")).use {
                bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.PNG, 100, it)
            }
            sb.append("bitmap compress used ${System.currentTimeMillis() - time}ms\n")
            time = System.currentTimeMillis()
            PNG.save(bitmap, cacheDir + File.separatorChar + "noise0.png")
            sb.append("libpng save used ${System.currentTimeMillis() - time}ms\n")
        } catch (e: IOException) {
            e.printStackTrace()
        }
    }
    //omit other code
}

序号	图片分辨率	Bitmap.compress	libpng
1	1080*2253	8.46MB/323ms	8.46MB/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

1. 将Build Variants改为release模式。

序号\耗时(ms)	Bitmap.compress	libpng
1	318	303
2	310	301
3	318	288
4	299	292
5	317	282

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。

1. 设置libpng速度优先：

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

序号\耗时(ms)	Bitmap.compress	libpng
1	324	233
2	327	175
3	314	210
4	303	205
5	306	211

此时libpng已经明显快于Bitmap.compress了，耗时约为Bitmap.compress的三分之二。

1. 开启png硬件优化

在CMakeLists.txt中添加：

set(PNG_HARDWARE_OPTIMIZATIONS ON)

不过这个是默认开启的，添加后实际无差异。

1. 其他编译优化

在CMakeLists.txt中添加：

set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE} -O3 -ffast-math -fno-rtti -fno-exceptions")

set(PNG_STATIC OFF) # 不编译静态库
set(PNG_TESTS OFF) # 不编译测试程序

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。

参考

[1] deepseek

[2] Android Developer API reference

[3] libpng