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Android 图片高斯模糊解决方案

同步简书:Android 图片高斯模糊解决方案

近年来,图片高斯模糊备受设计师的青睐,在各大知名APP中,如微信、手机QQ、网易云音乐等等都有对背景高斯图模糊的设计,在Adnroid 中,现在常用的图片高斯模糊技术有三种:RenderScriptfastBlur对RenderScript和fastBlur的优化,接下来分别分析各自的优缺点和在项目中该使用哪个解决方案。先上一张效果图:

高斯模糊效果图.png

1,RenderScript

RenderScript是在Android上的高性能运行密集型运算的框架,RenderScript主要用于数据并行计算,尤其对图像处理、摄影分析和计算机视觉特别有用。RenderScript是在Android3.0(API 11)引入的。而Android图片高斯模糊处理,通常也是用这个库来完成。它提供了我们Java层调用的API,实际上是在c/c++ 层来处理的,所以它的效率和性能通常是最高的。要使用RenderScript完成图片高斯模糊只需要以下几步:
(1) 初始化一个RenderScript Context:RenderScript 上下文环境通过create(Context)方法来创建,它保证RenderScript的使用并且提供一个控制后续所有RenderScript对象(如:ScriptIntrinsicBlur、Allocation等)生命周期的对象。

(2)通过Script至少创建一个Allocation:一个Allocation是提供存储大量可变数据的RenderScript 对象。在内核中,Allocation作为输入和输出,在内核中通过rsGetElementAt_type ()rsSetElementAt_type()方法来访问Allocation当script全局绑定的时候。使用createFromBitmapcreateTyped来创建Allocation。

(3)创建ScriptIntrinsic:它内置了RenderScript 的一些通用操作,如高斯模糊、扭曲变换、图像混合等等,更多的操作请看ScriptIntrinsic的子类,本文要用的高斯模糊处理就是用的它的子类ScriptIntrinsicBlur
(4)填充数据到Allocations:除了使用方法createFromBitmap创建的Allocation外,其它的第一次创建时都是填充的空数据。

(5) 设置模糊半径:设置一个模糊的半径,其值为 0-25。

(6) 启动内核,调用方法处理:调用forEach 方法模糊处理。

(7) 从Allocation 中拷贝数据:为了能在Java层访问Allocation的数据,用Allocation其中一个copy方法来拷贝数据。
(8) 销毁RenderScript对象:可以用destroy方法来销毁RenderScript对象或者让它可以被垃圾回收,destroy 之后,就能在用它控制的RenderScript对象了(比如在销毁了之后,再调用ScriptIntrinsic或者Allocation的方法是要抛异常的)。

以上几个步骤就可以完成的图片的高斯模糊,看一下对应的代码:

private static Bitmap rsBlur(Context context,Bitmap source,int radius){

        Bitmap inputBmp = source;
        //(1)
        RenderScript renderScript =  RenderScript.create(context);

        Log.i(TAG,"scale size:"+inputBmp.getWidth()+"*"+inputBmp.getHeight());

        // Allocate memory for Renderscript to work with
        //(2)
        final Allocation input = Allocation.createFromBitmap(renderScript,inputBmp);
        final Allocation output = Allocation.createTyped(renderScript,input.getType());
        //(3)
        // Load up an instance of the specific script that we want to use.
        ScriptIntrinsicBlur scriptIntrinsicBlur = ScriptIntrinsicBlur.create(renderScript, Element.U8_4(renderScript));
        //(4)
        scriptIntrinsicBlur.setInput(input);
        //(5)
        // Set the blur radius
        scriptIntrinsicBlur.setRadius(radius);
        //(6)
        // Start the ScriptIntrinisicBlur
        scriptIntrinsicBlur.forEach(output);
        //(7)
        // Copy the output to the blurred bitmap
        output.copyTo(inputBmp);
        //(8)
        renderScript.destroy();

    return inputBmp;
    }复制代码

上面对应的步骤已经用序号标出,代码就十行左右,很简单。这就十Android提供给我们的可以处理图片高斯模糊的库。性能比较好,因为是在c/c++层做的处理。但是它只能在API 17或者更高的版本使用, 看一下文档的说明:

RC——API.png

如上图,红框中标记的ScriptIntrinsicBlur 是在API 17加入的,因此低版本的手机是用不了,为了能兼容低版本的手机,我们还得探索其他方案。

RenderScript 兼容包:
所幸的是,Google 为了兼容低版本也可以用RenderScript,加了一个兼容包,android.support.v8.renderscript ,使用support.v8.renderscript就能兼容到Android 2.3版本(API 9),现在市面上估计没有比2.3版本还低的手机了(4.x 的手机都不多了)。使用兼容包和使用原生的RenderScript完全一样,代码还是上面的代码。只是需要在app 的build.gradle添加如下的代码

android {
    compileSdkVersion 23
    buildToolsVersion "23.0.3"

    defaultConfig {
        minSdkVersion 9
        targetSdkVersion 19

        // 使用support.v8.renderscript
        renderscriptTargetApi 18
        renderscriptSupportModeEnabled true

    }
}复制代码

只要添加上面的2行代码就行了。但是有2点需要注意:

注意:
1,Android SDK Tools revision 22.2 or higher(Tools 需要22.2或者更高的版本)
2,Android SDK Build-tools revision 18.1.0 or higher( Build-tools 需要18.1.0或者更高的版本)
如果没有达到的话,通过Anroid SDK Manager 更新安装。

有了兼容包,那么RenderScript就是一个完美的解决方案了吗?答案是NO,还有2个缺点:

  • 虽然RenderScript效率不错,但是处理尺寸大一点的图片还是达不到16ms每一帧,需要优化
  • 虽然兼容包能解决API17以下不能使用的问题,但是引入兼容包又带来了新的问题,APK 的包大小增大了,support.v8.renderscript有160k,现在各家的APP都在要求APK瘦身,对于那种本来就很大的APK来说还是不能接受的。

因此我们还要找一下其他方案,接下来看一下fastBlur算法

2,fastBlur

fastBlur 是除了RenderScript 之外的另一种方法,它直接在Java层做图片的模糊处理。对每个像素点应用高斯模糊计算、最后在合成Bitmap。请看源码:

 /**
     * Stack Blur v1.0 from
     * http://www.quasimondo.com/StackBlurForCanvas/StackBlurDemo.html
     * Java Author: Mario Klingemann <mario at quasimondo.com>
     * http://incubator.quasimondo.com
     *
     * created Feburary 29, 2004
     * Android port : Yahel Bouaziz <yahel at kayenko.com>
     * http://www.kayenko.com
     * ported april 5th, 2012
     *
     * This is a compromise between Gaussian Blur and Box blur
     * It creates much better looking blurs than Box Blur, but is
     * 7x faster than my Gaussian Blur implementation.
     *
     * I called it Stack Blur because this describes best how this
     * filter works internally: it creates a kind of moving stack
     * of colors whilst scanning through the image. Thereby it
     * just has to add one new block of color to the right side
     * of the stack and remove the leftmost color. The remaining
     * colors on the topmost layer of the stack are either added on
     * or reduced by one, depending on if they are on the right or
     * on the left side of the stack.
     *
     * If you are using this algorithm in your code please add
     * the following line:
     * Stack Blur Algorithm by Mario Klingemann <mario@quasimondo.com>
     */

    private static Bitmap fastBlur(Bitmap sentBitmap, float scale, int radius) {

        int width = Math.round(sentBitmap.getWidth() * scale);
        int height = Math.round(sentBitmap.getHeight() * scale);
        sentBitmap = Bitmap.createScaledBitmap(sentBitmap, width, height, false);

        Bitmap bitmap = sentBitmap.copy(sentBitmap.getConfig(), true);

        if (radius < 1) {
            return (null);
        }

        int w = bitmap.getWidth();
        int h = bitmap.getHeight();

        int[] pix = new int[w * h];
        Log.e("pix", w + " " + h + " " + pix.length);
        bitmap.getPixels(pix, 0, w, 0, 0, w, h);

        int wm = w - 1;
        int hm = h - 1;
        int wh = w * h;
        int div = radius + radius + 1;

        int r[] = new int[wh];
        int g[] = new int[wh];
        int b[] = new int[wh];
        int rsum, gsum, bsum, x, y, i, p, yp, yi, yw;
        int vmin[] = new int[Math.max(w, h)];

        int divsum = (div + 1) >> 1;
        divsum *= divsum;
        int dv[] = new int[256 * divsum];
        for (i = 0; i < 256 * divsum; i++) {
            dv[i] = (i / divsum);
        }

        yw = yi = 0;

        int[][] stack = new int[div][3];
        int stackpointer;
        int stackstart;
        int[] sir;
        int rbs;
        int r1 = radius + 1;
        int routsum, goutsum, boutsum;
        int rinsum, ginsum, binsum;

        for (y = 0; y < h; y++) {
            rinsum = ginsum = binsum = routsum = goutsum = boutsum = rsum = gsum = bsum = 0;
            for (i = -radius; i <= radius; i++) {
                p = pix[yi + Math.min(wm, Math.max(i, 0))];
                sir = stack[i + radius];
                sir[0] = (p & 0xff0000) >> 16;
                sir[1] = (p & 0x00ff00) >> 8;
                sir[2] = (p & 0x0000ff);
                rbs = r1 - Math.abs(i);
                rsum += sir[0] * rbs;
                gsum += sir[1] * rbs;
                bsum += sir[2] * rbs;
                if (i > 0) {
                    rinsum += sir[0];
                    ginsum += sir[1];
                    binsum += sir[2];
                } else {
                    routsum += sir[0];
                    goutsum += sir[1];
                    boutsum += sir[2];
                }
            }
            stackpointer = radius;

            for (x = 0; x < w; x++) {

                r[yi] = dv[rsum];
                g[yi] = dv[gsum];
                b[yi] = dv[bsum];

                rsum -= routsum;
                gsum -= goutsum;
                bsum -= boutsum;

                stackstart = stackpointer - radius + div;
                sir = stack[stackstart % div];

                routsum -= sir[0];
                goutsum -= sir[1];
                boutsum -= sir[2];

                if (y == 0) {
                    vmin[x] = Math.min(x + radius + 1, wm);
                }
                p = pix[yw + vmin[x]];

                sir[0] = (p & 0xff0000) >> 16;
                sir[1] = (p & 0x00ff00) >> 8;
                sir[2] = (p & 0x0000ff);

                rinsum += sir[0];
                ginsum += sir[1];
                binsum += sir[2];

                rsum += rinsum;
                gsum += ginsum;
                bsum += binsum;

                stackpointer = (stackpointer + 1) % div;
                sir = stack[(stackpointer) % div];

                routsum += sir[0];
                goutsum += sir[1];
                boutsum += sir[2];

                rinsum -= sir[0];
                ginsum -= sir[1];
                binsum -= sir[2];

                yi++;
            }
            yw += w;
        }
        for (x = 0; x < w; x++) {
            rinsum = ginsum = binsum = routsum = goutsum = boutsum = rsum = gsum = bsum = 0;
            yp = -radius * w;
            for (i = -radius; i <= radius; i++) {
                yi = Math.max(0, yp) + x;

                sir = stack[i + radius];

                sir[0] = r[yi];
                sir[1] = g[yi];
                sir[2] = b[yi];

                rbs = r1 - Math.abs(i);

                rsum += r[yi] * rbs;
                gsum += g[yi] * rbs;
                bsum += b[yi] * rbs;

                if (i > 0) {
                    rinsum += sir[0];
                    ginsum += sir[1];
                    binsum += sir[2];
                } else {
                    routsum += sir[0];
                    goutsum += sir[1];
                    boutsum += sir[2];
                }

                if (i < hm) {
                    yp += w;
                }
            }
            yi = x;
            stackpointer = radius;
            for (y = 0; y < h; y++) {
                // Preserve alpha channel: ( 0xff000000 & pix[yi] )
                pix[yi] = ( 0xff000000 & pix[yi] ) | ( dv[rsum] << 16 ) | ( dv[gsum] << 8 ) | dv[bsum];

                rsum -= routsum;
                gsum -= goutsum;
                bsum -= boutsum;

                stackstart = stackpointer - radius + div;
                sir = stack[stackstart % div];

                routsum -= sir[0];
                goutsum -= sir[1];
                boutsum -= sir[2];

                if (x == 0) {
                    vmin[y] = Math.min(y + r1, hm) * w;
                }
                p = x + vmin[y];

                sir[0] = r[p];
                sir[1] = g[p];
                sir[2] = b[p];

                rinsum += sir[0];
                ginsum += sir[1];
                binsum += sir[2];

                rsum += rinsum;
                gsum += ginsum;
                bsum += binsum;

                stackpointer = (stackpointer + 1) % div;
                sir = stack[stackpointer];

                routsum += sir[0];
                goutsum += sir[1];
                boutsum += sir[2];

                rinsum -= sir[0];
                ginsum -= sir[1];
                binsum -= sir[2];

                yi += w;
            }
        }

        Log.e("pix", w + " " + h + " " + pix.length);
        bitmap.setPixels(pix, 0, w, 0, 0, w, h);

        return (bitmap);
    }复制代码

如上所示,就一个方法,使用这种方式不会有兼容性问题,也不会引入jar包导致APK变大。但是这种方法的效率是非常低的,想想也知道,因为是在Java 层处理,速度当然慢。测试了一张800 x 450 的图片,RenderScript平均25 ms 左右,fastBlur平均310ms 左右,相当于差了10倍。还有就是使用这种方式是把图片全部加载到内存,如果图片较大,容易导致OOM。

3,对RenderScript 和fastBlur 的优化

上面对RenderScript 和fastBlur做了分析,虽然RenderScript的效率要比fastBlur 好很多,但是还是有可能达不到16ms每一帧的要求而导致卡顿。所以需要进行优化。

思路: 在stackOverFlow上有提供优化思路(地址:stackoverflow.com/questions/2…
,原理是这样的:通过缩小图片,使其丢失一些像素点,接着进行模糊化处理,然后再放大到原来尺寸。由于图片缩小后再进行模糊处理,需要处理的像素点和半径都变小,从而使得模糊处理速度加快。

因此我们只需要将原来的图片缩小,然后在用RenderScript 或者fastBlur 处理,就可以加快速度了,添加如下代码:

        int width = Math.round(source.getWidth() * scale);
        int height = Math.round(source.getHeight() * scale);

        Bitmap inputBmp = Bitmap.createScaledBitmap(source,width,height,false);复制代码

renderScript 高斯模糊的完整方法如下:

private static Bitmap rsBlur(Context context,Bitmap source,int radius,float scale){

        Log.i(TAG,"origin size:"+source.getWidth()+"*"+source.getHeight());
        int width = Math.round(source.getWidth() * scale);
        int height = Math.round(source.getHeight() * scale);

        Bitmap inputBmp = Bitmap.createScaledBitmap(source,width,height,false);

        RenderScript renderScript =  RenderScript.create(context);

        Log.i(TAG,"scale size:"+inputBmp.getWidth()+"*"+inputBmp.getHeight());

        // Allocate memory for Renderscript to work with

        final Allocation input = Allocation.createFromBitmap(renderScript,inputBmp);
        final Allocation output = Allocation.createTyped(renderScript,input.getType());

        // Load up an instance of the specific script that we want to use.
        ScriptIntrinsicBlur scriptIntrinsicBlur = ScriptIntrinsicBlur.create(renderScript, Element.U8_4(renderScript));
        scriptIntrinsicBlur.setInput(input);

        // Set the blur radius
        scriptIntrinsicBlur.setRadius(radius);

        // Start the ScriptIntrinisicBlur
        scriptIntrinsicBlur.forEach(output);

        // Copy the output to the blurred bitmap
        output.copyTo(inputBmp);


        renderScript.destroy();
    return inputBmp;
    }复制代码

先对Bitmap 缩小,然后再模糊处理。

Note:缩小的系数应该为2的整数次幂 ,即上面代码中的scale应该为1/2、1/4、1/8 ... 参考BitmapFactory.Options 对图片缩放 的inSample系数。据前辈们经验,一般scale = 1/8 为佳。

看一下使用RenderScript和fastBlur 以及优化后,高斯模糊一张图片所花时间的对比表,测试机型为魅族metal,系统为Android 5.1,如下:

模糊时间对比表.png

如上图:以1080 x 1349 的图片为例(每一个半径取5次的均值),使用原尺寸用两种方法进行高斯模糊,RenderScript的效率比fastBlur高,大约快10倍,但是都超过了16ms,而使用优化方法后,使其先缩小8倍,再模糊,2种方法效率都有质的提高,RenderScript模糊时间不足5ms,fastBlur 也接近16ms,半径为15以下小与16ms。

因此不管使用哪种方法模糊图片,都应该先优化,再模糊。

4,优缺点比较及图片高斯模糊方案

RenderScript 优点:

  • 使用简单,原生的API,十行左右的代码就能完成高斯模糊
  • 效率较高,是在c/c++层做处理

RenderScript 缺点:

  • API 17以上才能使用
  • 用兼容包的话,会导致APK 体积增大,support包约160k

fastBlur的优点:

  • 没有兼容版本问题
  • 不用引入三方包,不会增加APK大小

fastBlur的缺点:

  • 效率很低,在Java层做处理
  • 将Bitmap全部加载到内存,较大图片容易OOM

以上对比了2种方法的优缺点,各有优劣,那么我们到底选择哪一种呢?这个需要看情况而定,给出下面2种方案:
高斯模糊方案一: 如果APK本身较小,可以接受增大的160k体积,那么直接使用兼容包的RenderScript (注意需要先优化,用上面的先缩小再模糊)。
高斯模糊方案二:如果不想APK体积增大,那么在模糊的时候做判断, API版本大于17 ,直接使用原生的RenderScript模糊,API版本小于17,则用fastBlur方法。(同样需要先优化,后模糊)

5,轮子

由于高斯模糊在项目中用得比较多,而每一个项目都去拷贝代码,这样很麻烦,并且不优雅,因此,对这两种方法优化后,封装成了一个Lib,要使用时直接添加依赖就行。

添加依赖:
1, 最外层build.gradle 添加一下代码:

allprojects {
    repositories {
        jcenter()

        maven {url "https://jitpack.io"}
    }
}复制代码

2,app 的build.gradle添加:

  dependencies {
  compile 'com.github.pinguo-zhouwei:EasyBlur:v1.0.0'
}复制代码

3,app 的build.gradle添加:

 defaultConfig {
        applicationId "com.zhouwei.easyblur"
        minSdkVersion 16
        targetSdkVersion 25
        versionCode 1
        versionName "1.0"
        testInstrumentationRunner "android.support.test.runner.AndroidJUnitRunner"

        //使用renderscript 兼容包 
        renderscriptTargetApi 25
        renderscriptSupportModeEnabled true
    }复制代码

使用方法:
1,简单使用,指定Bitmap和半径

Bitmap finalBitmap = EasyBlur.with(MainActivity.this)
                        .bitmap(overlay) //要模糊的图片
                        .radius(10)//模糊半径
                        .blur();复制代码

2,可以指定缩小的倍数,默认缩小倍数为8

Bitmap finalBitmap = EasyBlur.with(MainActivity.this)
                        .bitmap(overlay) //要模糊的图片
                        .radius(10)//模糊半径
                        .scale(4)//指定模糊前缩小的倍数
                        .blur();复制代码

3, 指定使用哪一种方法,默认是使用兼容的RenderScript 高斯模糊

Bitmap finalBitmap = EasyBlur.with(MainActivity.this)
                        .bitmap(overlay) //要模糊的图片
                        .radius(10)//模糊半径
                        .scale(4)//指定模糊前缩小的倍数
                        .policy(EasyBlur.BlurPolicy.FAST_BLUR)//使用fastBlur
                        .blur();复制代码

代码已经上传Github:EasyBlur

参考资料

RenderScript API 指南
android图片处理之图像模糊
高斯模糊实现方案探究
Fast Bitmap Blur For Android SDK

文章分类
Android
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