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完整教程：WPF WriteableBitmap 高性能双缓冲图片显示方案

news 2025/9/18 12:31:46

完整教程：WPF WriteableBitmap 高性能双缓冲图片显示方案

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

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);
}