【WPF】WriteableBitmap应用及图片数据格式转换

电玩女神 2022-05-14 08:42 354阅读 0赞

使用 WriteableBitmap 类基于每个框架来更新和呈现位图。这对于生成算法内容（如分形图像）和数据可视化（如音乐可视化工具）很有用。

WriteableBitmap 类使用两个缓冲区。“后台缓冲区”在系统内存中分配，它可以累计当前未显示的内容。“前台缓冲区”在系统内存中分配，它包含当前显示的内容。呈现系统将前台缓冲区复制到视频内存中以便显示。

两个线程使用这两个缓冲区。“用户界面 (UI) 线程”生成 UI 但不将其呈现在屏幕上。UI 线程响应用户输入、计时器以及其他事件。一个应用程序可以具有多个 UI 线程。“呈现线程”撰写和呈现 UI 线程的变化。每个应用程序只有一个呈现线程。

UI 线程将内容写入后台缓冲区。呈现线程从前台缓冲区读取内容，然后将其复制到视频内存中。将使用更改的矩形区域跟踪对后台缓冲区的更改。

![363076-20160726150724138-348108526.png][]

WriteableBitmap使用两个线程来使用这两个缓冲区。UI 线程响应用户输入、计时器以及其他事件。“呈现线程”撰写和呈现 UI 线程的变化。在WriteableBitmap中，UI 线程将内容写入后台缓冲区。呈现线程从前台缓冲区读取内容，然后将其复制到视频内存中，最后切换两个缓存区。

## WritePixel方法 ##

可以使用WritePixel方法来更新缓冲区：

![复制代码][copycode.gif]

1. public void WritePixels(Int32Rect sourceRect, Array pixels, int stride, int offset);
    2. public void WritePixels(Int32Rect sourceRect, IntPtr buffer, int bufferSize, int stride);
    3. public void WritePixels(Int32Rect sourceRect, Array sourceBuffer, int sourceBufferStride,
          int destinationX, int destinationY);
    4. public void WritePixels(Int32Rect sourceRect, IntPtr sourceBuffer, int sourceBufferSize,
          int sourceBufferStride, int destinationX, int destinationY);

![复制代码][copycode.gif]

### 关于Stride ###

Stride是Bitmap里一个令人头痛的东西，它代表着一张图片每一行的扫描宽度（跨距）。跨距总是大于或等于实际像素宽度。如果跨距为正，则位图自顶向下。如果跨距为负，则位图颠倒。Stride是指图像每一行需要占用的字节数。根据BMP格式的标准，Stride一定要是4的倍数。据个例子，一幅1024\*768的24bppRgb的图像，每行有效的像素信息应该是1024\*3 = 3072。因为已经是4的倍数，所以Stride就是3072。那么如果这幅图像是35\*30，那么一行的有效像素信息是105，但是105不是4的倍数，所以填充空字节（也就是0），Stride应该是108。

在WritableBitmap中，可以使用：

.BackBufferStride

属性来获得Stride值。

明白了Stride的意义，让我们来看看以下代码：

![复制代码][copycode.gif]

WriteableBitmap bitmap = new WriteableBitmap(15, 2, 72, 72, PixelFormats.Bgr24, null);
    Byte[] buffer = new Byte[bitmap.BackBufferStride * bitmap.PixelHeight];
    for (byte i = 0; i < buffer.Length; i++)
    {
        buffer[i] = i;
    }
    bitmap.WritePixels(new Int32Rect(0, 0, 15, 2), buffer, bitmap.BackBufferStride, 0);
    
    Marshal.Copy(bitmap.BackBuffer, buffer, 0, buffer.Length);

![复制代码][copycode.gif]

在上面的代码里，我们新建了一个15X2的24位位图，它的行跨距是(15\*3+3)/4\*4=48，没行多了3个填充字节。我们把一个由0到95的连续数组复制到该位图中，然后重新复制回来，可以看到，第45、46、47个元素值是0：

![363076-20160726150705903-157140121.png][]

### WritePixel函数中的Stride ###

在WritePixel的四个重载函数里，同样有一个stride的参数（后两个重载函数用的是sourceBufferStride），该参数表示源数组（函数里的sourceBuffer参数）的跨度。

举个例子，假设WriteableBitmap是8位的，源数组是一个长度为12的一维数组，如果stride为4，则表示填充时，该一维数组代表的一个4X3的图像：

![363076-20160726150756122-687751072.png][]

如果stride为3，则该数组代表的是一个3X4的图像：

![363076-20160726150812903-633246200.png][]

WritePixel方法就是用这个图像来填充缓存区域：

![363076-20160726150827856-1606386306.png][]

### sourceRect和stride ###

刚才说到，在WritePixel函数里，通过传入参数stride来设定填充源数组（sourceBuffer参数）的尺寸，把它看做一个“二维数组”，WritePixel把这个“二维数组”的值写入WriteableBitmap对象的缓冲区中。那么，如果我只想写这个“二维数组”的一部分，该怎么做呢？

于是第一个参数sourceRect就是设定这个区域。

设想一下，如下图，我们使用stride把一个长度为81的sourceBuffer分割成9X9的“二维数组”，因为这里使用的WriteableBitmap是24位的，因此在图上我用三种颜色表示RGB值：

![363076-20160726150910731-1934327076.png][]

显然，该数组一次最多可以填充一个3X9的像素的缓冲区（因为WriteableBitmap是24位的，所以填充时三个字节才能填充一个像素），如果需要填充的区域大于3X9，会抛出异常：ArgumentException。

如果我打算填充的区域是2X4的区域呢？这意味着仅仅使用一部分sourceBuffer：

![363076-20160726150932028-747528037.png][]

这时，可以把sourceRect设置为（1，2，2，4）

总之，WritePixel方法的本质就是把sourceBuffer看做一副图片，使用stride来设定该图片的宽度，利用sourceRect来确定使用该图片的哪部分填充，而destinationX、destinationY则是指定把图片填充到缓冲区的位置坐标。函数调用完成后，会自动调用更新，重新绘制屏幕上的图像。

## Lock、Unlock和AddDirtyRect ##

一般的，WritePixel方法使用于快速填充图像，如果我们仅仅想对图像进行“像素级”的改变，那么，WritePixel未免过于粗犷。这时候，需要使用Lock、AddDirtyRect、Unlock方法了。

以下代码，通过使用上述函数，把一副图片“反色”：

![复制代码][copycode.gif]

unsafe
    {
        var bytes = (byte*)m_Bitmap.BackBuffer.ToPointer();
        m_Bitmap.Lock();
        for (int i = 0; i < m_Bitmap.BackBufferStride * m_Bitmap.PixelHeight; i++)
        {
            bytes[i] = (byte)(255-bytes[i]);
        }
        m_Bitmap.AddDirtyRect(new Int32Rect(0, 0, m_Bitmap.PixelWidth, m_Bitmap.PixelHeight));
        m_Bitmap.Unlock();
    }

![复制代码][copycode.gif]

在进行操作前，先使用Lock方法，锁定后台缓冲区，这时，呈现系统得不到后台缓冲区的数据，因此不发送更新，屏幕不发生变化。

其次，直接修改图片内存，c\#不推荐使用指针，因此该方法是unsafe的。

再次，调用AddDirtyRect方法，指示代码对后台缓冲区所做的更改，通知呈现系统，缓冲区哪部分发生了改变。

最后，使用Unlock方法，解除对后台缓冲区的锁定。

一般来说，为了提高效率，不需要更新整幅图片，因此，可以通过调用多次AddDirtyRect方法，进行局部修改：

m_Bitmap.AddDirtyRect(new Int32Rect(0, 0, 100, 100));
    m_Bitmap.AddDirtyRect(new Int32Rect(150, 150, 100, 100));
    m_Bitmap.AddDirtyRect(new Int32Rect(300, 300, 100, 100));

![363076-20160726151036341-439974692.png][]

## WPF Image控件 Source: Byte\[\] ,BitmapImage 相互转换 ##

文件转为byte\[\]

FileStream fs = new FileStream(filepath, FileMode.Open, FileAccess.Read);
    byte[] desBytes = new byte[fs.Length];
    fs.Read(desBytes, 0, desBytes.Length);
    fs.Close();

byte\[\]转换为BitmapImage：

![复制代码][copycode.gif]

public static BitmapImage ByteArrayToBitmapImage(byte[] byteArray) 
    { 
        BitmapImage bmp = null;  
        try 
        { 
            bmp = new BitmapImage(); 
            bmp.BeginInit(); 
            bmp.StreamSource = new MemoryStream(byteArray); 
            bmp.EndInit(); 
        } 
        catch 
        { 
            bmp = null; 
        }  
        return bmp; 
    }

![复制代码][copycode.gif]

BitmapImage转换为byte\[\]：

![复制代码][copycode.gif]

public static byte[] BitmapImageToByteArray(BitmapImage bmp) 
    { 
        byte[] byteArray = null;  
        try 
        { 
            Stream sMarket = bmp.StreamSource;  
            if (sMarket != null && sMarket.Length > 0) 
            { 
                //很重要，因为Position经常位于Stream的末尾，导致下面读取到的长度为0。 
                sMarket.Position = 0; 
    
                using (BinaryReader br = new BinaryReader(sMarket)) 
                { 
                    byteArray = br.ReadBytes((int)sMarket.Length); 
                } 
            } 
        } 
        catch 
        { 
            //other exception handling 
        }  
        return byteArray; 
    }

![复制代码][copycode.gif]

WriteableBitmap wb = new WriteableBitmap(img.Source as BitmapSource);//将Image对象转换为WriteableBitmap 
    byte[] b = Convert.FromBase64String(GetBase64Image(wb));//得到byte数组

WriteableBitmap转为BitmapImage对象

var bi= new BitmapImage(); 
    bi.SetSource(wb.ToImage().ToStream()); //其中wb是WriteableBitmap对象。

BitmapImage转为WriteableBitmap对象

WriteableBitmap wb = new WriteableBitmap(bi.Source as BitmapSource);

将WriteableBitmap转为字节数组

byte[] b = Convert.FromBase64String(GetBase64Image(wb));
    //这里通过base64间接处理，效率不是很高。

将字节数组/Stream流 转为BitmapImage对象

![复制代码][copycode.gif]

MemoryStream ms = new MemoryStream(b); // b为byte[]
    using (var stream = new MemoryStream(data))// data为byte[]
    {
        var bitmap = new BitmapImage();
        bitmap.BeginInit();
        bitmap.StreamSource = stream;
        bitmap.CacheOption = BitmapCacheOption.OnLoad;
        bitmap.EndInit();
        bitmap.Freeze();
    }
    //以下方法为Stream转BitmapFrame
    using (var stream = new MemoryStream(data))
    {
        var bi = BitmapFrame.Create(stream , BitmapCreateOptions.IgnoreImageCache, BitmapCacheOption.OnLoad);
    }

![复制代码][copycode.gif]

Bitmap 转 Imagesource

![复制代码][copycode.gif]

[DllImport("gdi32.dll", SetLastError = true)]
    private static extern bool DeleteObject(IntPtr hObject);   
    
    IntPtr hBitmap = bitmap.GetHbitmap(); 
    ImageSource wpfBitmap = System.Windows.Interop.Imaging.CreateBitmapSourceFromHBitmap
    (
                    hBitmap,
                    IntPtr.Zero,
                    Int32Rect.Empty,
                    BitmapSizeOptions.FromEmptyOptions()
    ); 
    DeleteObject(hBitmap);

![复制代码][copycode.gif]

补充：

![复制代码][copycode.gif]

WriteableBitmap wtbBmp;//Image对象
    RenderTargetBitmap rtbitmap = new RenderTargetBitmap(wtbBmp.PixelWidth, wtbBmp.PixelHeight, wtbBmp.DpiX, wtbBmp.DpiY, PixelFormats.Default);  
    DrawingVisual drawingVisual = new DrawingVisual();  
    using (DrawingContext context = drawingVisual.RenderOpen())  
    {  
        context.DrawImage(wtbBmp, new Rect(0, 0, wtbBmp.Width, wtbBmp.Height));  
    }  
    rtbitmap.Render(drawingVisual);  
    JpegBitmapEncoder bitmapEncoder = new JpegBitmapEncoder();  
    bitmapEncoder.Frames.Add(BitmapFrame.Create(rtbitmap)); 
    using (System.IO.FileStream fs = new System.IO.FileStream("D:\\mq.jpg", System.IO.FileMode.Create))
    jpeg.Save(fs);

![复制代码][copycode.gif]

参考文章：[http://www.cnblogs.com/carekee/articles/2039142.html][http_www.cnblogs.com_carekee_articles_2039142.html]

[http://www.oschina.net/question/54100\_39186?fromerr=uHZl9PH1][http_www.oschina.net_question_54100_39186_fromerr_uHZl9PH1]

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[copycode.gif]: /images/20220514/34ea31c22e964a0080eed8e6da8293a7.png
[363076-20160726150705903-157140121.png]: /images/20220514/d00d682bb94646dcaf654c5da143dff4.png
[363076-20160726150756122-687751072.png]: /images/20220514/8f42d1a31faf401c9361ab0dd54fbd52.png
[363076-20160726150812903-633246200.png]: /images/20220514/c71a3544cb85468e9e3d7794f5aaaa79.png
[363076-20160726150827856-1606386306.png]: /images/20220514/bad0aedfa0a4495c84cbdf9d2849417d.png
[363076-20160726150910731-1934327076.png]: /images/20220514/c3e101f9768f48e09beb2bf57274ec4b.png
[363076-20160726150932028-747528037.png]: /images/20220514/b30b3bc5b09045d3bca03b0c088b28d4.png
[363076-20160726151036341-439974692.png]: /images/20220514/089a8833dcae46a6996c7b3cd0f245e9.png
[http_www.cnblogs.com_carekee_articles_2039142.html]: http://www.cnblogs.com/carekee/articles/2039142.html
[http_www.oschina.net_question_54100_39186_fromerr_uHZl9PH1]: http://www.oschina.net/question/54100_39186?fromerr=uHZl9PH1