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【WPF】使用 WriteableBitmap 提升 Image 性能

前言
WriteableBitmap 背景
WriteableBitmap 渲染原理
WriteableBitmap 使用技巧
案例
- 核心源码
- 测试结果

前言

WriteableBitmap 背景

WriteableBitmap 继承至 System.Windows.Media.Imaging.BitmapSource

“巨硬” 官方介绍： WriteableBitmap 类

WriteableBitmap 渲染原理

在调用 WriteableBitmap 的 AddDirtyRect 方法的时候，实际上是调用 MILSwDoubleBufferedBitmap.AddDirtyRect，这是 WPF 专门为 WriteableBitmap 而提供的非托管代码的双缓冲位图的实现。
在 WriteableBitmap 内部数组修改完毕之后，需要调用 Unlock 来解锁内部缓冲区的访问，这时会提交所有的修改。

WriteableBitmap 使用技巧

WriteableBitmap 的性能瓶颈源于对脏区的重新渲染。
- 脏区为 0 或者不在可视化树渲染，则不消耗性能。
- 只要有脏区，渲染过程就会开始成为性能瓶颈。
  - CPU 占用基础值就很高了。
  - 脏区越大，CPU 占用越高，但增幅不大。
内存拷贝不是 WriteableBitmap 的性能瓶颈。
- 建议使用 Windows API 或者 .NET API 来拷贝内存数据。

特殊的应用场景，可以适当调整下自己写代码的策略：

如果你希望有较大脏区的情况下降低 CPU 占用，可以考虑降低 WriteableBitmap 脏区的刷新率。
如果你希望 WriteableBitmap 有较低的渲染延迟，则考虑减小脏区。

案例

测试 Demo 使用 OpenCvSharp 将视频帧读取出来，将视频帧图像数据通过 WriteableBitmap 渲染到界面的 Image 控件。

核心源码

核心代码，利用双缓存区更新位图图像信息

private void ShowImage()
{
    Bitmap.Lock();

    bitmap = frame.ToBitmap();

    bitmapData = bitmap.LockBits(new Rectangle(new System.Drawing.Point(0, 0), bitmap.Size),
        System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadOnly, System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format32bppPArgb);

    Bitmap.WritePixels(rect, bitmapData.Scan0, bitmapData.Height * bitmapData.Stride, bitmapData.Stride, 0, 0);

    bitmap.UnlockBits(bitmapData);
    bitmap.Dispose();

    Bitmap.Unlock();
}

完整的 ViewModel 代码

public class MainWindowViewModel : Prism.Mvvm.BindableBase
{
    #region 属性、变量、命令

    private WriteableBitmap _bitmap;
    /// <summary>
    /// UI绑定的资源对象
    /// </summary>                
    public WriteableBitmap Bitmap
    {
        get => _bitmap;
        set => SetProperty(ref _bitmap, value);
    }

    /// <summary>
    /// OpenCvSharp 视频捕获对象
    /// </summary>
    private static VideoCapture videoCapture;

    /// <summary>
    /// 视频帧
    /// </summary>
    private static Mat frame = new Mat();

    private static BitmapData bitmapData = new BitmapData();
	
	private static Bitmap bitmap;
    
    Int32Rect rect;

    static int width = 0, height = 0;

    /// <summary>
    /// 打开文件
    /// </summary>
    public DelegateCommand OpenFileCommand { get; set; }

    public DelegateCommand MNCommand { get; set; }

    #endregion

    public MainWindowViewModel()
    {
        videoCapture = new VideoCapture();

        OpenFileCommand = new DelegateCommand(OpenFile);
        MNCommand = new DelegateCommand(MN);
    }

    #region 私有方法

    private void OpenFile()
    {
        OpenFileDialog open = new OpenFileDialog()
        {
            Multiselect = false,
            Title = "请选择文件",
            Filter = "视频文件(*.mp4, *.wmv, *.mkv, *.flv)|*.mp4;*.wmv;*.mkv;*.flv|所有文件(*.*)|*.*"
        };

        if (open.ShowDialog() is true)
        {           
            ShowMove(open.FileName);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 获取视频
    /// </summary>
    /// <param name="fileName">文件路径</param>
    private void ShowMove(string fileName)
    {
        videoCapture.Open(fileName, VideoCaptureAPIs.ANY);

        if (videoCapture.IsOpened())
        {
            var timer = (int)Math.Round(1000 / videoCapture.Fps) - 8;
            width = videoCapture.FrameWidth;
            height = videoCapture.FrameHeight;

            Bitmap = new WriteableBitmap(width, height, 96, 96, PixelFormats.Bgra32, null);
            rect = new Int32Rect(0, 0, Bitmap.PixelWidth, Bitmap.PixelHeight);

            while (true)
            {
                videoCapture.Read(frame);
                if (!frame.Empty())
                {
                    ShowImage();
                    Cv2.WaitKey(timer);
                }
            }
        }
    }

    private void ShowImage()
    {
        Bitmap.Lock();

        bitmap = frame.ToBitmap();

        bitmapData = bitmap.LockBits(new Rectangle(new System.Drawing.Point(0, 0), bitmap.Size),
            System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadOnly, System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format32bppPArgb);

        Bitmap.WritePixels(rect, bitmapData.Scan0, bitmapData.Height * bitmapData.Stride, bitmapData.Stride, 0, 0);

        bitmap.UnlockBits(bitmapData);
        bitmap.Dispose();

        Bitmap.Unlock();
    }
}