在 C 中将 RGB 转换为 RGBA

Question

我需要以 RGB 字节顺序将表示图像的字节数组的内容复制到另一个 RGBA（每像素 4 字节）缓冲区中。 稍后将填充 Alpha 通道。 实现这一目标的最快方法是什么？

Answer 1

你想要它有多棘手？ 您可以将其设置为一次复制一个 4 字节的字，这在某些 32 位系统上可能会更快一些：

void fast_unpack(char* rgba, const char* rgb, const int count) {
    if(count==0)
        return;
    for(int i=count; --i; rgba+=4, rgb+=3) {
        *(uint32_t*)(void*)rgba = *(const uint32_t*)(const void*)rgb;
    }
    for(int j=0; j<3; ++j) {
        rgba[j] = rgb[j];
    }
}

最后的额外情况是处理 rgb 数组缺少一个字节的事实。 您还可以使用对齐的移动和 SSE 指令使其更快一点，一次以 4 个像素的倍数工作。 如果你真的很有野心，你可以尝试更可怕的混淆操作，例如将缓存行预取到 FP 寄存器中，然后一次性将其传送到另一个图像。 当然，您从这些优化中获得的里程将在很大程度上取决于您所针对的特定系统配置，我真的怀疑做任何这些而不是简单的事情是否有很多好处。

而我的简单实验证实，这确实快了一点，至少在我的 x86 机器上是这样。 这是一个基准：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <time.h>

void fast_unpack(char* rgba, const char* rgb, const int count) {
    if(count==0)
        return;
    for(int i=count; --i; rgba+=4, rgb+=3) {
        *(uint32_t*)(void*)rgba = *(const uint32_t*)(const void*)rgb;
    }
    for(int j=0; j<3; ++j) {
        rgba[j] = rgb[j];
    }
}

void simple_unpack(char* rgba, const char* rgb, const int count) {
    for(int i=0; i<count; ++i) {
        for(int j=0; j<3; ++j) {
            rgba[j] = rgb[j];
        }
        rgba += 4;
        rgb  += 3;
    }
}

int main() {
    const int count = 512*512;
    const int N = 10000;

    char* src = (char*)malloc(count * 3);
    char* dst = (char*)malloc(count * 4);

    clock_t c0, c1;    
    double t;
    printf("Image size = %d bytes\n", count);
    printf("Number of iterations = %d\n", N);

    printf("Testing simple unpack....");
    c0 = clock();
    for(int i=0; i<N; ++i) {
        simple_unpack(dst, src, count);
    }
    c1 = clock();
    printf("Done\n");
    t = (double)(c1 - c0) / (double)CLOCKS_PER_SEC;
    printf("Elapsed time: %lf\nAverage time: %lf\n", t, t/N);


    printf("Testing tricky unpack....");
    c0 = clock();
    for(int i=0; i<N; ++i) {
        fast_unpack(dst, src, count);
    }
    c1 = clock();
    printf("Done\n");
    t = (double)(c1 - c0) / (double)CLOCKS_PER_SEC;
    printf("Elapsed time: %lf\nAverage time: %lf\n", t, t/N);

    return 0;
}

以下是结果（使用 g++ -O3 编译）：

图像大小 = 262144 字节

迭代次数 = 10000

测试简单的解包....完成

经过时间：3.830000

平均时间：0.000383

测试棘手的解包....完成

经过时间：2.390000

平均时间：0.000239

因此，在美好的一天可能会快 40%。

Answer 2

最快的方法是使用为您实现转换的库，而不是自己编写。 您的目标是哪个平台？

如果你因为某种原因坚持自己写，先写一个简单正确的版本。 用那个。 如果性能不够，那么可以考虑优化一下。 一般来说，这种转换最好使用向量置换来完成，但确切的最佳序列会因目标架构而异。

Answer 3

struct rgb {
   char r;
   char g;
   char b;
};

struct rgba {
   char r;
   char g;
   char b;
   char a;
}

void convert(struct rgba * dst, const struct rgb * src, size_t num)
{
    size_t i;
    for (i=0; i<num; i++) {
        dst[i].r = src[i].r;
        dst[i].g = src[i].g;
        dst[i].b = src[i].b;
    }
}

这将是更清洁的解决方案，但是当您提到字节数组时，您应该使用它：

// num is still the size in pixels. So dst should have space for 4*num bytes,
// while src is supposed to be of length 3*num.
void convert(char * dst, const char * src, size_t num)
{
    size_t i;
    for (i=0; i<num; i++) {
        dst[4*i] = src[3*i];
        dst[4*i+1] = src[3*i+1];
        dst[4*i+2] = src[3*i+2];
    }
}

Answer 4

我想我记得一个 Nehe 教程做类似的事情，但很快。

它在这里

有趣的部分在这里：

void flipIt(void* buffer)                       // Flips The Red And Blue Bytes (256x256)
{
    void* b = buffer;                       // Pointer To The Buffer
    __asm                               // Assembler Code To Follow
    {
        mov ecx, 256*256                    // Set Up A Counter (Dimensions Of Memory Block)
        mov ebx, b                      // Points ebx To Our Data (b)
        label:                          // Label Used For Looping
            mov al,[ebx+0]                  // Loads Value At ebx Into al
            mov ah,[ebx+2]                  // Loads Value At ebx+2 Into ah
            mov [ebx+2],al                  // Stores Value In al At ebx+2
            mov [ebx+0],ah                  // Stores Value In ah At ebx

            add ebx,3                   // Moves Through The Data By 3 Bytes
            dec ecx                     // Decreases Our Loop Counter
            jnz label                   // If Not Zero Jump Back To Label
    }
}

它的作用是不言自明的，应该很容易将其转换为添加 alpha 字节。

Answer 5

只需创建大小为源数组 4/3 的数组。 读取整个数组并将其写入 RGBA 数组，但在每 3 个字节后插入 255 个 alpha。