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WPF WriteableBitmap 高性能双缓冲图片显示方案

news 2025/9/11 5:42:17

WPF WriteableBitmap 高性能双缓冲图片显示方案

在实际的WPF应用开发中，我们经常需要处理实时图像显示需求，如视频流、摄像头画面、动态图表等。传统的图像显示方式在高频更新场景下往往存在性能瓶颈。本文将介绍如何使用WriteableBitmap实现高性能的双缓冲图片显示方案。

传统方式的性能问题

在介绍优化方案前，我们先看下常见的传统实现方式：

using (Bitmap bitmap = e.Bitmap.CreateDrawingBitmap())
{var hBitmap = bitmap.GetHbitmap();try{ImageSource imageSource = System.Windows.Interop.Imaging.CreateBitmapSourceFromHBitmap(hBitmap,IntPtr.Zero,System.Windows.Int32Rect.Empty,BitmapSizeOptions.FromEmptyOptions());imageControl.Source = imageSource;}finally{DeleteObject(hBitmap);}
}

这种方式存在几个问题：

每帧都创建新对象，增加GC压力
频繁的跨平台调用（P/Invoke）
可能产生图像撕裂和闪烁
内存使用效率低下

双缓冲方案的优势

双缓冲技术通过使用两个缓冲区来解决这些问题：

前台缓冲区：用于当前显示
后台缓冲区：用于准备下一帧图像
通过交换缓冲区实现平滑更新

完整实现方案

1. 类级别变量定义

private WriteableBitmap _frontBuffer;
private WriteableBitmap _backBuffer;
private readonly object _bufferLock = new object();
private int _bitmapWidth;
private int _bitmapHeight;
private PixelFormat _pixelFormat;
private BitmapPalette _palette;

2. 初始化方法

public void InitializeBuffers(int width, int height, PixelFormat pixelFormat, BitmapPalette palette = null)
{_bitmapWidth = width;_bitmapHeight = height;_pixelFormat = pixelFormat;_palette = palette;// 创建前后缓冲区_frontBuffer = new WriteableBitmap(width, height, 96, 96, pixelFormat, palette);_backBuffer = new WriteableBitmap(width, height, 96, 96, pixelFormat, palette);// 一次性设置UI绑定imageControl.Source = _frontBuffer;
}

3. 核心更新方法

public void UpdateImage(Bitmap bitmap)
{if (_frontBuffer == null || bitmap.Width != _bitmapWidth || bitmap.Height != _bitmapHeight){// 重新初始化缓冲区（尺寸变化时）var (pixelFormat, palette) = GetWpfPixelFormatAndPalette(bitmap);InitializeBuffers(bitmap.Width, bitmap.Height, pixelFormat, palette);}lock (_bufferLock){// 将Bitmap数据复制到后台缓冲区CopyBitmapToWriteableBitmap(bitmap, _backBuffer);// 交换缓冲区数据SwapBufferData(_frontBuffer, _backBuffer);}
}

4. 缓冲区数据交换

private unsafe void SwapBufferData(WriteableBitmap target, WriteableBitmap source)
{target.Lock();source.Lock();try{// 交换后台缓冲区指针IntPtr tempBuffer = target.BackBuffer;target.BackBuffer = source.BackBuffer;source.BackBuffer = tempBuffer;// 标记整个区域为已更新target.AddDirtyRect(new Int32Rect(0, 0, target.PixelWidth, target.PixelHeight));}finally{source.Unlock();target.Unlock();}
}

5. 内存复制实现

private unsafe void CopyBitmapToWriteableBitmap(Bitmap bitmap, WriteableBitmap writeableBitmap)
{var bitmapData = bitmap.LockBits(new System.Drawing.Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height),ImageLockMode.ReadOnly,bitmap.PixelFormat);try{writeableBitmap.Lock();try{int sourceStride = bitmapData.Stride;int destStride = writeableBitmap.BackBufferStride;int height = bitmapData.Height;int minStride = Math.Min(sourceStride, destStride);byte* sourcePtr = (byte*)bitmapData.Scan0;byte* destPtr = (byte*)writeableBitmap.BackBuffer;// 逐行复制，确保正确处理不同步长for (int y = 0; y < height; y++){Buffer.MemoryCopy(sourcePtr + y * sourceStride,destPtr + y * destStride,minStride,minStride);}}finally{writeableBitmap.Unlock();}}finally{bitmap.UnlockBits(bitmapData);}
}

6. 像素格式转换辅助方法

public static (PixelFormat wpfPixelFormat, BitmapPalette palette) GetWpfPixelFormatAndPalette(Bitmap bitmap)
{BitmapPalette palette = null;if (bitmap.PixelFormat.HasFlag(System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Indexed)){try{var colorPalette = bitmap.Palette;var colors = colorPalette.Entries.Select(e => Color.FromArgb(e.A, e.R, e.G, e.B)).ToArray();palette = new BitmapPalette(colors);}catch{palette = BitmapPalettes.WebPalette;}}switch (bitmap.PixelFormat){case System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format24bppRgb:return (PixelFormats.Bgr24, null);case System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format32bppArgb:return (PixelFormats.Bgra32, null);// 其他格式处理...default:return (PixelFormats.Bgr32, null);}
}

使用示例

// 在图像帧到达事件中处理
private void OnFrameReceived(object sender, FrameEventArgs e)
{using (Bitmap bitmap = e.Bitmap.CreateDrawingBitmap()){UpdateImage(bitmap);}
}// 初始化示例
private void InitializeCamera()
{// 假设已知初始图像尺寸InitializeBuffers(640, 480, PixelFormats.Bgr24);
}