c - 在 C 中拆分 RGB 值的有效方法

Question

我正在用 C 语言为 32 位 cortex M0 微 Controller 编写一些软件，并且我正在对 32 位 RGB 值进行大量操作。它们以 32 位整数格式处理，如 0x00BBRRGG。我希望能够用它们进行数学运算而不用担心进位位在颜色之间溢出，所以我需要将它们分成三个 uint8 值。有没有一种有效的方法来做到这一点？我假设效率低下的方式如下:

blue = (RGB >> 16) & 0xFF;
green = (RGB >> 8) & 0xFF;
red = RGB & 0xFF;

//do math

new_RGB = (blue << 16) | (green << 8) | red;

另外，我有几个接口(interface)，其中一个使用格式 0x00RRGGBB，另一个使用 0x00BBRRGG。有没有一种有效的方法可以在两者之间进行转换？

Answer 1

I want to be able to do math with them without worrying about carry bits spilling between the colors, so I need to split them up into three uint8 values.

不，通常您不需要(将它们分成三个 uint8 值)。考虑这个函数:

uint32_t blend(const uint32_t argb0, const uint32_t argb1, const int phase)
{
    if (phase <= 0)
        return argb0;
    else
    if (phase < 256) {
        const uint32_t rb0 = argb0 & 0x00FF00FF;
        const uint32_t rb1 = argb1 & 0x00FF00FF;
        const uint32_t ag0 = (argb0 >> 8) & 0x00FF00FF;
        const uint32_t ag1 = (argb1 >> 8) & 0x00FF00FF;
        const uint32_t rb = rb1 * phase + (256 - phase) * rb0;
        const uint32_t ag = ag1 * phase + (256 - phase) * ag0;
        return ((rb & 0xFF00FF00u) >> 8)
             |  (ag & 0xFF00FF00u);
    } else
        return argb1;
}

此函数实现颜色的线性混合 argb0 ( phase <= 0 ) 到 argb1 ( phase >= 256 )，通过将每个输入 vector (具有四个 8 位分量)拆分为两个具有两个 16 位分量的 vector 。

如果您不需要 alpha channel ，那么处理成对的颜色值(例如，对于每对像素)可能更有效——所以 ( 0xRRGGBB , 0xrrggbb ) 被分成( 0x00RR00BB , 0x00rr00bb , 0x00GG00gg ) -- 上面的 blend函数意味着少一个乘法(但多一个 AND 和一个 OR 运算)。

Cortex-M0 设备上的 32 位乘法运算因实现而异。有些具有单周期乘法运算，有些则需要 32 个周期。因此，根据所使用的确切 Cortex-M0 内核，用 AND 和 OR 替换一次乘法可能会大大加快速度，也可能会稍微减慢速度。

当您确实需要单独的组件时，将拆分留给编译器通常会生成更好的代码:不是指定颜色，而是传递一个指向颜色值的指针，

uint32_t  some_op(const uint32_t *const argb)
{
    const uint32_t  a = ((const uint8_t *)argb)[0];
    const uint32_t  r = ((const uint8_t *)argb)[1];
    const uint32_t  g = ((const uint8_t *)argb)[2];
    const uint32_t  b = ((const uint8_t *)argb)[3];

    /* Do something ... */

}

这是因为许多架构都有将 8 位值加载到完整寄存器的指令，将所有高位设置为零(零扩展，uxtb 在 Cortex-M0 架构上；C编译器会为你做这件事)。标记指针和指向的值，以及中间值，const ，应该允许编译器优化访问，以便它发生在生成代码中的最佳时刻/位置，而不是必须将其保存在寄存器中。 (在(可用)寄存器很少的架构上尤其如此，例如 32 位和 64 位 Intel 和 AMD 架构(x86 和 x86-64)。Cortex-M0 有 12 个通用 32 位寄存器，但这取决于在使用的 ABI 上哪些是“免费”在函数中使用的。)

请注意，如果您使用 GCC 编译代码，则可以使用

uint32_t oabc_to_ocba(uint32_t c)
{
    asm volatile ( "rev %0, %0\n\t"
                 : "=r" (c)
                 : "r" (c)
                 );
    return c >> 8;
}

转换0x0ABC至 0x0CBA反之亦然。通常，它编译为 rev r0, r0 , lsrs r0, r0, #8 , bx lr ，但编译器可以内联它并使用另一个寄存器代替(r0)。