一种从输入数组创建位图的更快方法，而不是使用 for 循环和 SetPixel()

Posted 2023-04-13

【中文标题】一种从输入数组创建位图的更快方法，而不是使用 for 循环和 SetPixel()

【英文标题】：A faster way to create Bitmap from input array instead of using for loops and SetPixel( )

【发布时间】：2020-12-05 08:39:16

【问题描述】：

我有以下 工作 代码从源 pixels 数组创建Bitmap。 源数组的类型是 byte[ ]，它是库函数的输出，它是一个 flatten 数组 3D => 1D。

我创建位图的代码：

var bmp = new Bitmap(width, height, PixelFormat.Format24bppRgb);
for (int j = 0; j < height; j++) 
    for (int i = 0; i < width; i++) 
        // unflattening 1D array using 3D coordinates
        //      index = z *   yMax *  xMax + y *  xMax + x
        var rv = pixels[0 * height * width + j * width + i];
        var gv = pixels[1 * height * width + j * width + i];
        var bv = pixels[2 * height * width + j * width + i];
        bmp.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(rv, gv, bv));
    

上面的代码可以工作，但是慢。对于 2048 x 1364 位图，创建大约需要 2 秒。 我检查了 *** 是否有类似情况，有使用 BitmapData 和 Marshal.Copy 的解决方案，但这些情况是源数组不是 3D=>1D 扁平数组的情况。当然，我尝试使用 BitmapData 并从像素复制到BitmapData.Scan0，但得到了错误的位图。 有没有什么技巧，如何加快位图的创建速度？

更新： 根据下面的 cmets，我最终得到了这个代码，它的运行速度要快得多：

var bytes = new byte[pixels.Length];
var idx = 0L;
var area = height * width;
var area2 = 2 * area;
var bmp = new Bitmap(width, height, PixelFormat.Format24bppRgb);
var bmd = bmp.LockBits(new Rectangle(0, 0, bmp.Width, bmp.Height), ImageLockMode.ReadWrite, bmp.PixelFormat);
for (int j = 0; j < height; j++) 
    for (int i = 0; i < width; i++) 
        var Unflatten1D = j * width + i;
        bytes[idx]      = pixels[Unflatten1D];
        bytes[idx + 1]  = pixels[Unflatten1D + area];
        bytes[idx + 2]  = pixels[Unflatten1D + area2];
        idx += 3;
    

Marshal.Copy(bytes, 0, bmd.Scan0, bytes.Length);
bmp.UnlockBits(bmd);

【问题讨论】：

如果你先“解压”数组，但不为每个像素调用SetPixel() - 将其存储在临时数组中；然后使用BitmapData / Marshal.Copy 方法？基本上，我认为是SetPixel() 调用很慢，而不是计算。临时数组将采用正确的格式，因此您最终会得到正确的位图。

Of course I tried to use BitmapData and copy from pixels to BitmapData.Scan0 but got a wrong bitmap. 你应该问一个关于如何解决这个问题的问题。 LockBits 是正确的方法。向我们展示您尝试使用它的代码，我们可以帮助您解决此问题。

使用不安全代码（如下）或 LockBits

谢谢@CoolBots，你的想法很完美！ SetPixel() 方法在代码中很慢——很明显。打算用一个有效且快速的解决方案更新我的帖子。

几年前我在一个相关问题上发布了一个完整的解决方案，用于将字节数组转储到图像中：***.com/a/43967594/395685 扁平化当然可以简单地提前完成，在字节数组中。

【参考方案1】：

您可以使用 /unsafe 标志编译您的应用程序（在 Visual Studio 中右键单击项目，然后属性然后允许不安全代码）

接下来让方法代码不安全。例如：

public unsafe void CreateImage()

然后改代码如下。

var bmp = new Bitmap(width, height, PixelFormat.Format24bppRgb);
var bitmapData = bmp.LockBits(new Rectangle(0, 0, width, height), ImageLockMode.ReadWrite, PixelFormat.Format24bppRgb);


byte* bits = (byte*)bitmapData.Scan0;
fixed (byte* p = pixels)

    // Avoid having those 2 multiplications in the loop
    int wtimesh1 = height * width * 1;
    int wtimesh2 = height * width * 2;
    for (int j = 0; j < height; j++)
    
        // Avoid multiplication in the loop
        int jtimesw = j * width;
        for (int i = 0; i < width; i++)
        
            // unflattening 1D array using 3D coordinates
            //      index = z *   yMax *  xMax + y *  xMax + x
            int pixel = j * bitmapData.Stride + i * 3;
            // Avoid recalculation
            int jtimeswplusi = jtimesw + i;
            bits[pixel + 2] = p[jtimeswplusi];
            bits[pixel + 1] = p[wtimesh1 + jtimeswplusi];
            bits[pixel] = p[wtimesh2 + jtimeswplusi];
        
    

在我的电脑上，这个优化导致创建时间从 2.1s 下降到 0.05s

当然，这里需要注意的是代码是不安全的（正如编译器标志所暗示的那样），因此必须特别注意代码的正确性以避免崩溃、未定义的行为和/或安全问题。

【讨论】：

我会尽可能避免不安全的上下文，反正现在我有解决方案，它既快速又安全。

太棒了！但还要注意 Marshal.Copy （根据定义）也不安全，因为非托管内存指针不包含大小信息，因此无法验证。但当然，您的解决方案“更安全”，因为与我的解决方案中的多行代码相比，只需要检查一行代码是否存在错误。但是 Marshal.Copy 解决方案有点慢，因为您将字节写入数组（使用边界检查），然后将它们全部复制到 Scan0 ，在我的解决方案中，我直接写入 Scan0 而不进行边界检查。所以这是安全和性能之间的一个非常小的权衡。