16位图像Alpha混合的实现
2011年03月29日 20:21 发布者：1770309616
Alpha 混合的算法很简单，基于下面的公式就可以实现： D := A * (S - D) / 255 + D
D 是目标图像的像素，
S 是源图像的像素
A 是 Alpha 值， 0 为全透明， 255 为不透明。
下面是 16 位 565 格式的混合算法的实现，首先用最简单的方式实现，即逐个像素的处理：
// 一次处理一个像素，比较简单，但速度较慢
procedure AlphaBlend656(BmpDst, BmpSrc: TBitmap; Alpha: Byte);
var
i, j, W, H: Integer;
pSrc, pDst: PWord;
wSR, wSG, wSB: Word;
wDR, wDG, wDB: Word;
begin
// 确定高宽
if BmpDst.Width > BmpSrc.Width then
W := BmpSrc.Width
else
W := BmpDst.Width;
if BmpDst.Height > BmpSrc.Height then
H := BmpSrc.Height
else
H := BmpDst.Height;
for i := 0 to H - 1do
begin
pSrc := BmpSrc.ScanLine;
pDst := BmpDst.ScanLine;
for j := 0 to W - 1 do
begin
// D := A * (S - D) / 255 + D
wSR := (pSrc^ shr 11);
wSG := (pSrc^ shr 5) and $3F;
wSB := pSrc^ and $1F;
wDR := (pDst^ shr 11);
wDG := (pDst^ shr 5) and $3F;
wDB := pDst^ and $1F;
pDst^ := (((Alpha * (wSR - wDR) shr 8) + wDR) shl 11) or
(((Alpha * (wSG - wDG) shr 8) + wDG) shl 5) or
((Alpha * (wSB - wDB) shr 8) + wDB);
Inc(pSrc);
Inc(pDst);
end;
end;
end;
实现起来很简单，但速度比较慢，其实存在着一次处理两个像素的算法，下面是代码：
// 一次处理两个像素 , 所以速度是 AlphaBlend656 的 2 倍
procedure AlphaBlend656Fast(BmpDst, BmpSrc: TBitmap; Alpha: Byte);
var
i, j, W, H: Integer;
pSrc, pDst: PWord;
dwSR, dwSG, dwSB: LongWord;
dwDR, dwDG, dwDB: LongWord;
dwAdd64 : LongWord;
dwAlphaOver4 : LongWord;
odd: Boolean;
begin
// 确定高宽
if BmpDst.Width > BmpSrc.Width then
W := BmpSrc.Width
else
W := BmpDst.Width;
if BmpDst.Height > BmpSrc.Height then
H := BmpSrc.Height
else
H := BmpDst.Height;
dwAdd64 := 64 or ( 64 shl 16 );
dwAlphaOver4 := ( Alpha shr 2 ) or ( ( Alpha shr 2 ) shl 16 );
if (W and $01) = 1 then
begin
odd := True;
W := (W - 1) shr 1;
end
else begin
odd := False;
W := W shr 1;
end;
for i := 0 to H - 1 do
begin
pSrc := BmpSrc.ScanLine;
pDst := BmpDst.ScanLine;
for j := 0 to W - 1 do
begin
// D := A * (S - D) / 255 + D
dwSR := (PLongWord(pSrc)^ shr 11) and $001F001F;
dwSG := (PLongWord(pSrc)^ shr 5) and $003F003F;
dwSB := PLongWord(pSrc)^ and $001F001F;
dwDR := (PLongWord(pDst)^ shr 11) and $001F001F;
dwDG := (PLongWord(pDst)^ shr 5) and $003F003F;
dwDB := PLongWord(pDst)^ and $001F001F;
PLongWord(pDst)^ := ((((Alpha * (dwSR + dwAdd64 - dwDR)) shr 8) + dwDR - dwAlphaOver4) and $001F001F) shl 11 or
((((Alpha * (dwSG + dwAdd64 - dwDG)) shr 8) + dwDG - dwAlphaOver4 ) and $003F003F) shl 5 or
(((Alpha * (dwSB + dwAdd64 - dwDB)) shr 8) + dwDB - dwAlphaOver4 ) and $001F001F;
Inc(pSrc, 2);
Inc(pDst, 2);
end;
if odd then
begin
dwSR := (pSrc^ shr 11);
dwSG := (pSrc^ shr 5) and $3F;
dwSB := pSrc^ and $1F;
dwDR := (pDst^ shr 11);
dwDG := (pDst^ shr 5) and $3F;
dwDB := pDst^ and $1F;
pDst^ := Word((((Alpha * (dwSR - dwDR) shr 8) + dwDR) shl 11) or
(((Alpha * (dwSG - dwDG) shr 8) + dwDG) shl 5) or
((Alpha * (dwSB - dwDB) shr 8) + dwDB));
Inc(pSrc);
Inc(pDst);
end;
end;
end;
不过这还不够快，基本 MMX 指令的实现可以一次处理 4 个像素，下面是代码：
// 利用 MMX 优化指令，一次可以处理 4 个像素，因此速度应该是 AlphaBlend656 的 4 倍
procedure AlphaBlend656MMX(BmpDst, BmpSrc: TBitmap; Alpha: Byte);
var
i, j, W, H, Leave: Integer;
pSrc, pDst: PWord;
MaskR, MaskG, MaskB, Alpha64: Int64;
wSR, wSG, wSB: Word;
wDR, wDG, wDB: Word;
begin
// 确定高宽
if BmpDst.Width > BmpSrc.Width then
W := BmpSrc.Width
else
W := BmpDst.Width;
if BmpDst.Height > BmpSrc.Height then
H := BmpSrc.Height
else
H := BmpDst.Height;
Leave := W and 3; // 剩余的像素
W := W shr 2; // 一次处理 4 个像素，因此取 W 整除 4 的值
// 提取 RGB 通道的掩码
MaskR := $f800f800f800f800;
MaskG := $07e007e007e007e0;
MaskB := $001f001f001f001f;
// Alpha 值扩展到 64 位
Alpha64 := Alpha;
Alpha64 := Alpha64 or (Alpha64 shl 16) or (Alpha64 shl 32) or (Alpha64 shl 48);
for i := 0 to H - 1do
begin
pSrc := BmpSrc.ScanLine;
pDst := BmpDst.ScanLine;
asm
push ecx // 保存寄存器
mov ecx, W // 设宽度
cmp ecx, 0 // 宽度是否为 0
jz @@exit565 // 如果宽度为 0 ，结束
push esi
push edi
mov esi, pSrc // 开始处理
mov edi, pDst
@@blend565_4:
{ mmx 的作用：
mm0: red target value
mm1: red source value
mm2: green target value
mm3: green source value
mm4: blue target value
mm5: blue source value
mm6: original target pixel
mm7: original source pixel
D := A * (S - D) / 255 + D
}
movq mm6,
movq mm7,
movq mm0, mm6
pand mm0, MaskR // 提取目标的 R 通道
movq mm1, mm7
pand mm1, MaskR // 提取源的 R 通道
psrlw mm0, 11 // 右移到最低位，便于接下来的计算
psrlw mm1, 11
psubw mm1, mm0 // SrcRed := SrcRed - DestRed
pmullw mm1, Alpha64 // SrcRed := SrcRed * Alpha
psraw mm1, 8 // SrcRed := SrcRed div 8
paddw mm1, mm0 // SrcRed := SrcRed + DestRed
psllw mm1, 11 // 左移回原来的位置，此已经 R 通道混合已经完毕
movq mm2, mm6
pand mm2, MaskG // 提取目标的 G 通道
movq mm3, mm7
pand mm3, MaskG // 提取源的 G 通道
psrlw mm2, 5 // 右移到最低位，便于接下来的计算
psrlw mm3, 5
psubw mm3, mm2 // SrcGreen := SrcGreen - DestGreen
pmullw mm3, Alpha64 // SrcGreen := SrcGreen * Alpha
psraw mm3, 8 // SrcGreen := SrcGreen div 8
paddw mm3, mm2 // SrcGreen := SrcGreen + DestGreen
psllw mm3, 5 // 左移回原来的位置，此已经 G 通道混合已经完毕
movq mm4, mm6
pand mm4, MaskB // 提取目标的 B 通道
movq mm5, mm7
pand mm5, MaskB // 提取源的 B 通道
psubw mm5, mm4 // SrcBlue := SrcBlue - DestBlue
pmullw mm5, Alpha64 // SrcBlue := SrcBlue * Alpha
psraw mm5, 8 // SrcBlue := SrcBlue div 8
paddw mm5, mm4 // SrcBlue := SrcBlue + DestBlue ，此已经 B 通道混合已经完毕
por mm1, mm3 // 合成像素
por mm1, mm5
movq , mm1 // 赋给目标
add esi, 8 // 下 4 个像素
add edi, 8
dec ecx
jnz @@blend565_4
mov pSrc, esi
mov pDst, edi
pop edi
pop esi
emms
@@exit565:
pop ecx
end;
// 处理剩下的像素
for j := 0 to Leave - 1 do
begin
wSR := (pSrc^ shr 11);
wSG := (pSrc^ shr 5) and $3F;
wSB := pSrc^ and $1F;
wDR := (pDst^ shr 11);
wDG := (pDst^ shr 5) and $3F;
wDB := pDst^ and $1F;
pDst^ := (((Alpha * (wSR - wDR) shr 8) + wDR) shl 11) or
(((Alpha * (wSG - wDG) shr 8) + wDG) shl 5) or
((Alpha * (wSB - wDB) shr 8) + wDB);
Inc(pSrc);
Inc(pDst);
end;
end;
end;
下面是这三个函数的速度比较，目标图像是 600*450 的 16 位位图，源图像是 399*532 的 16 位位图，分别进行了 1000 次混合，结果如下：
AlphaBlend656 ： 4516
AlphaBlend656Fast ： 2562
AlphaBlend656MMX ： 1234
没有意外， MMX 版本比普通的快了近 4 倍
对于图像处理的优化有两个比较重要的点：
1、 尽量用位移代替乘除。
2、 一次能够同时处理多个像素，利用 MMX 指令可以做到这一点。
最后是代码：
https://files.getdropbox.com/u/524963/AlphaBlend16_565.rar