【转】【WPF】WriteableBitmap应用及图片数据格式转换

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。

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：

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);

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：

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);

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：

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：

如果stride为3，则该数组代表的是一个3X4的图像：

WritePixel方法就是用这个图像来填充缓存区域：

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：

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：

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”：

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();
}

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));

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：

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; 
}

BitmapImage转换为byte[]：

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; 
}

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

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);
}

Bitmap 转 Imagesource

[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);

补充：2016-7-26

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);

再次补充：2019-6-22：

将GDI的Bitmap显示到WriteableBitmap上（两张图都是32位）

private unsafe void DrawBitmap(WriteableBitmap dst, Bitmap src, System.Drawing.Rectangle rect)
        {
            int srcw = src.Width;
            int srch = src.Height;
            int left = rect.Left < 0 ? 0 : rect.Left;
            int top = rect.Top < 0 ? 0 : rect.Top;
            int right = rect.Right > srcw ? srcw : rect.Right;
            int bottom = rect.Bottom > srch ? srch : rect.Bottom;
            if (left >= right || top >= bottom) return;
            BitmapData srcdata = src.LockBits(new System.Drawing.Rectangle(0, 0, srcw, srch), ImageLockMode.ReadOnly, System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format32bppArgb);
            dst.Lock();
            var srcints = (int*)srcdata.Scan0;
            var dstints = (int*)dst.BackBuffer.ToPointer();
            for (int j = top; j < bottom; ++j)
            {
                int y = j * srcw;
                for (int i = left; i < right; ++i)
                {
                    int index = y + i;
                    dstints[index] = srcints[index];
                }
            }
            dst.AddDirtyRect(new Int32Rect(left, top, right - left, bottom - top));
            src.UnlockBits(srcdata);
            dst.Unlock();
        }

反向绘制当然也是可以的：

        private unsafe void DrawWriteableBitmap(Bitmap dst, WriteableBitmap src, System.Drawing.Rectangle rect)
        {
            int dstw = dst.Width;
            int dsth = dst.Height;
            int left = rect.Left < 0 ? 0 : rect.Left;
            int top = rect.Top < 0 ? 0 : rect.Top;
            int right = rect.Right > dstw ? dstw : rect.Right;
            int bottom = rect.Bottom > dsth ? dsth : rect.Bottom;
            if (left >= right || top >= bottom) return;
            BitmapData dstdata = dst.LockBits(new System.Drawing.Rectangle(0, 0, dstw, dsth), ImageLockMode.WriteOnly, System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format32bppArgb);
            var dstints = (int*)dstdata.Scan0;
            var srcints = (int*)src.BackBuffer.ToPointer();
            for (int j = top; j < bottom; ++j)
            {
                int y = j * dstw;
                for (int i = left; i < right; ++i)
                {
                    int index = y + i;
                    dstints[index] = srcints[index];
                }
            }
            dst.UnlockBits(dstdata);
        }

参考文章：http://www.cnblogs.com/carekee/articles/2039142.html

http://www.oschina.net/question/54100_39186?fromerr=uHZl9PH1