C＃ - 用于Windows窗体应用程序的BitPps的SetPixel和GetPixel的更快替代品

Question

我正在尝试自学C＃并且从各种来源获悉，函数get和setpixel可能非常慢。有哪些替代方案，性能改进真的那么重要吗？提前谢谢！

我的代码的一大块供参考：

public static Bitmap Paint(Bitmap _b, Color f)
{
  Bitmap b = new Bitmap(_b);
  for (int x = 0; x < b.Width; x++) 
  {
    for (int y = 0; y < b.Height; y++) 
    {
      Color c = b.GetPixel(x, y);
      b.SetPixel(x, y, Color.FromArgb(c.A, f.R, f.G, f.B));
    }
  }
  return b;
}

Answer 1

可立即使用的代码

public class DirectBitmap : IDisposable
{
    public Bitmap Bitmap { get; private set; }
    public Int32[] Bits { get; private set; }
    public bool Disposed { get; private set; }
    public int Height { get; private set; }
    public int Width { get; private set; }

    protected GCHandle BitsHandle { get; private set; }

    public DirectBitmap(int width, int height)
    {
        Width = width;
        Height = height;
        Bits = new Int32[width * height];
        BitsHandle = GCHandle.Alloc(Bits, GCHandleType.Pinned);
        Bitmap = new Bitmap(width, height, width * 4, PixelFormat.Format32bppPArgb, BitsHandle.AddrOfPinnedObject());
    }

    public void SetPixel(int x, int y, Color colour)
    {
        int index = x + (y * Width);
        int col = colour.ToArgb();

        Bits[index] = col;
    }

    public Color GetPixel(int x, int y)
    {
        int index = x + (y * Width);
        int col = Bits[index];
        Color result = Color.FromArgb(col);

        return result;
    }

    public void Dispose()
    {
        if (Disposed) return;
        Disposed = true;
        Bitmap.Dispose();
        BitsHandle.Free();
    }
}

不需要LockBits或SetPixel。使用上面的类直接访问位图数据。

使用此类，可以将原始位图数据设置为32位数据。请注意，它是PARGB，它是预乘alpha。有关其工作原理的详细信息，请参阅Alpha Compositing on Wikipedia，examples on the MSDN article for BLENDFUNCTION了解如何正确计算Alpha。

如果预乘可能使事情过于复杂，请改用PixelFormat.Format32bppArgb。在绘制时会出现性能损失，因为它在内部被转换为PixelFormat.Format32bppPArgb。如果图像在绘制之前不必更改，则可以在预乘之前完成工作，绘制到PixelFormat.Format32bppArgb缓冲区，然后从那里进一步使用。

通过Bitmap属性公开对标准Bitmap成员的访问权限。使用Bits属性直接访问位图数据。

使用byte代替int作为原始像素数据

将Int32的两个实例更改为byte，然后更改此行：

Bits = new Int32[width * height];

对此：

Bits = new byte[width * height * 4];

使用字节时，格式为Alpha / Red / Green / Blue。每个像素占用4个字节的数据，每个通道一个。 GetPixel和SetPixel函数需要相应地重新处理或删除。

使用上述课程

的好处

• 仅仅操作数据的内存分配是不必要的;对原始数据所做的更改会立即应用于位图。
• 无需管理其他对象。这实现IDisposable就像Bitmap。
• 它不需要unsafe阻止。

考虑

• 固定内存无法移动。为了使这种内存访问起作用，这是一个必需的副作用。这降低了垃圾收集器的效率（MSDN Article）。只在需要性能的位图上执行此操作，并确保在完成后Dispose这样做，以便取消固定内存。

通过Graphics对象

进行访问

由于Bitmap属性实际上是.NET Bitmap对象，因此使用Graphics类执行操作非常简单。

var dbm = new DirectBitmap(200, 200);
using (var g = Graphics.FromImage(dbm.Bitmap))
{
    g.DrawRectangle(Pens.Black, new Rectangle(50, 50, 100, 100));
}

性能比较

这个问题询问了绩效，所以这里的表格应该显示答案中提出的三种不同方法之间的相对表现。这是使用基于.NET Standard 2的应用程序和NUnit完成的。​​

* Time to fill the entire bitmap with red pixels *
- Not including the time to create and dispose the bitmap
- Best out of 100 runs taken
- Lower is better
- Time is measured in Stopwatch ticks to emphasize magnitude rather than actual time elapsed
- Tests were performed on an Intel Core i7-4790 based workstation

              Bitmap size
Method        4x4   16x16   64x64   256x256   1024x1024   4096x4096
DirectBitmap  <1    2       28      668       8219        178639
LockBits      2     3       33      670       9612        197115
SetPixel      45    371     5920    97477     1563171     25811013

* Test details *

- LockBits test: Bitmap.LockBits is only called once and the benchmark
                 includes Bitmap.UnlockBits. It is expected that this
                 is the absolute best case, adding more lock/unlock calls
                 will increase the time required to complete the operation.

Answer 2

C＃中位图操作速度太慢的原因是锁定和解锁。每个操作都会对所需的位执行锁定，操作位，然后解锁位。

您可以自己处理操作，从而大大提高速度。请参阅以下示例。

using (var tile = new Bitmap(tilePart.Width, tilePart.Height))
{
  try
  {
      BitmapData srcData = sourceImage.LockBits(tilePart, ImageLockMode.ReadOnly, PixelFormat.Format32bppArgb);
      BitmapData dstData = tile.LockBits(new Rectangle(0, 0, tile.Width, tile.Height), ImageLockMode.ReadWrite, PixelFormat.Format32bppArgb);

      unsafe
      {
          byte* dstPointer = (byte*)dstData.Scan0;
          byte* srcPointer = (byte*)srcData.Scan0;

          for (int i = 0; i < tilePart.Height; i++)
          {
              for (int j = 0; j < tilePart.Width; j++)
              {
                  dstPointer[0] = srcPointer[0]; // Blue
                  dstPointer[1] = srcPointer[1]; // Green
                  dstPointer[2] = srcPointer[2]; // Red
                  dstPointer[3] = srcPointer[3]; // Alpha

                  srcPointer += BytesPerPixel;
                  dstPointer += BytesPerPixel;
              }
              srcPointer += srcStrideOffset + srcTileOffset;
              dstPointer += dstStrideOffset;
          }
      }

      tile.UnlockBits(dstData);
      aSourceImage.UnlockBits(srcData);

      tile.Save(path);
  }
  catch (InvalidOperationException e)
  {

  }
}

Answer 3

已经有一段时间了，但我找到了一个可能有用的例子。

  BitmapData BtmpDt = a.LockBits(new Rectangle(0,0,btm.Width,btm.Height),ImageLockMode.ReadWrite,btm.PixelFormat);
  IntPtr pointer = BtmDt.Scan0;
  int size = Math.Abs(BtmDt.Stride)*btm.Height;
  byte[] pixels = new byte[size];
  Marshal.Copy(pointer,pixels,0, size);
  for (int b = 0; b < pixels.Length; b++) {
    pixels[b] = 255;// do something here 
  }
  Marshal.Copy(pixels,0,pointer, size);
  btm.UnlockBits(BtmDt);

btm 是Bitmap变量。

Answer 4

您可以使用Bitmap.LockBits方法。此外，如果要使用并行任务执行，可以使用System.Threading.Tasks命名空间中的Parallel类。以下链接有一些示例和解释。

• http://csharpexamples.com/fast-image-processing-c/
• http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd460713%28v=vs.110%29.aspx
• http://msdn.microsoft.com/tr-tr/library/system.drawing.imaging.bitmapdata%28v=vs.110%29.aspx