64K 色模式下的快速 Alpha混合算法

(第二稿)

在 32/64k 色模式下,由于每个点的 RGB 值是放在一个字里,以 16bit 色为例, 一般是按 RGB 或 BGR 565 存放. 传统的软件 Alpha 混合算法是先将 RGB 分离出来, 分开运算,然后再合成. 这造成了 16bit 模式下的 alpha 混合比 24bit 模式下慢的现象,但使用 16bit color 真的那么慢吗? 我认为如果不使用 MMX 指令, 15/16 的比 24bit 的快. 因为我们可以使用一个小的技巧来同时计算 RGB. 而 24 bit 颜色,除非使用 MMX 指令,否则必须分开计算 R G B.

先设 color 是 RGB 565 的, 那么按 2 进制看, 这个颜色字是这样分布的:

RRRRR	GGGGGG	BBBBB
5位	6位	5位

而 386 以上 CPU 都有 32 位的寄存器,我们只需要将 16bit RGB 变形为

00000	GGGGGG	00000	RRRRR	000000	BBBBB
5位	6位	5位	5位	6位	5位

储存在 32 位寄存器中,(就是把绿色提到前 16 位里) 由于64k 色下颜色深度是 32 级的,所以 alpha 也只用分 32 级就能满足需要. 那么对上面变形过的双字处理,可以同时算 RGB 了. (Color1*Alpha+Color2*(32-Alpha))/32 能不能简化为 (Color1-Color2)*Alpha/32+Color2.? 我思考过这个问题,以为减法将产生负数,这样再算乘法时有可能出问题, 但是经过测试,这样简化似乎又没有问题. 毕竟极小的误差是可以忽略的

最近温习了一下汇编,今天用 Nasm 写了个 C 可调用的 Alpha 混合函数 (32bit 模式, 我针对 Djgpp 写的) 并进行了 Pentium 优化(针对双流水线,有错请指出) 大家看看,有 bug,还能优化或有更快的方法也请一定告诉我 btw, 上面提到的化简没有体现到下面的程序中, 而且,使用乘法本身是个错误. 只是看看吧 ;-) 如果你想实际运用,请参考 Allegro 的做法.

�

; 对 16bit 的 color1 和 color2 进行 Alpha 混合

; R=(r1*alpha+r2*(32-alpha))/32

; G=(g1*alpha+g2*(32-alpha))/32

; B=(b1*alpha+b2*(32-alpha))/32

; C 语言调用函数 (32 位保护模式) Pentium 双流水线优化

; By Cloud Wu  (cloudwu@263.net)

;              (http://member.netease.com/~cloudwu)

; -------------------------------------------------------------------------

; unsigned long alpha (unsigned long c1,unsigned long c2,unsigned long alpha);

; -------------------------------------------------------------------------

; c1: 颜色1 RGB (565), c2: 颜色2 RGB (565), alpha: Alpha值 (0~31)

; NASM 编译通过

[BITS 32]

[GLOBAL _alpha]

[SECTION .text]

_alpha:

; 初始化代码

push ebp        ; ebp 压栈

mov ebp,esp     ; 保存 esp 到 ebp

mov edi,0x7e0f81f ; dx=00000111111000001111100000011111

add esp,8       ; esp 指向参数 c1

pop eax         ; 弹出 c1 到 ax

pop ebx         ; 弹出 c2 到 bx

; 处理颜色

mov cx,ax       ; cx=r1..b1

mov dx,bx       ; dx=r2..b2

sal eax,16      ; eax=r1g1b1......

sal ebx,16      ; ebx=r2g2b2......

mov ax,cx       ; eax=r1g1b1r1g1b1

mov bx,dx       ; ebx=r2g2b2r2g2b2

and eax,edi     ; eax=..g1..r1..b1

pop esi         ; 弹出 alpha

mul esi         ; eax*=alpha

neg esi         ; -alpha

and ebx,edi     ; ebx=..g2..r2..b2

add esi,0x20    ; 32-alpha

xchg eax,ebx    ; 交换 eax,ebx

mul esi         ; c2*=(32-alpha)

add eax,ebx     ; c1*alpha+c2*(32-alpha)

mov esp,ebp

sar eax,5       ；color=(c1*alpha+c2*(32-alpha))/32

;还原成 RGB 形式

pop ebp

and eax,edi     ; color=..g..r..b

mov cx,ax       ;

sar eax,16      ;

or ax,cx        ; color=rgb (eax)

ret

如果建一张 256K 的表来查表预处理RGB怎样? 经过尝试,发现速度不仅没有提高,反而降低了 :-( 分析的结论是, 256K 的表太大了,以至于不能放到 Cache 里,反而没有计算的方法快, 毕竟计算的话,每行的代码都很快,而不必和内存打交道. 真正加速的方法是什么?借鉴 Allegro 里的方法,建立 32 个函数分别计算每个 alpha 值的情况. 这样,alpha 值变成固定的,从而可以使用 LEA, ADD, SUB, SAL, SAR 来替代缓慢的 MUL. 经过实践,我重写了 Allegro 里的 cblend15.c 和 cblend16.c, 测试数据如下:
使用 Allegro 自己的 test.exe,机器配置为 CyrixGx/120 S3/375 4M
原有的混合函数使用新算法的混合函数将Blender 函数置为空

1402 per sec 1779 per sec 2002 per sec

Hehe,速度提高了一倍不是?Allegro 目前的版本已经使用了我写的 blender 函数,请去源码收藏下载