在 C 中将 RGB 转换为 RGBA

Question

我需要将表示 RGB 字节顺序图像的字节数组的内容复制到另一个 RGBA(每像素 4 个字节)缓冲区中。 Alpha channel 将在稍后填充。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。您还可以使用对齐移动和 SSE 指令使其更快一些，一次以 4 像素的倍数工作。如果您真的雄心勃勃，您可以尝试更可怕的混淆方法，例如将高速缓存行预取到 FP 寄存器中，然后立即将其 blit 到另一个图像。当然，您从这些优化中获得的 yield 将在很大程度上取决于您所针对的特定系统配置，而且我真的很怀疑做任何这些而不是简单的事情是否有很多好处。

我的简单实验证实这确实是 little 一点点快，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;
}

结果如下(使用 g++ -O3 编译):

Image size = 262144 bytes

Number of iterations = 10000

Testing simple unpack....Done

Elapsed time: 3.830000

Average time: 0.000383

Testing tricky unpack....Done

Elapsed time: 2.390000

Average time: 0.000239

所以，如果天气好的时候可能会快 40% 左右。