原创:一种能够快速显示的图片压缩格式fh

一种能够快速显示的图片压缩算法格式fh
作者: [email protected]    2005.10.08

(2013-06-12: 可以参考另一个版本,开源的FRG图像文件格式 )

tag:图片格式,纹理压缩,图像压缩算法,快速显示,快速blend

 现在一些流行的显卡开始硬件支持一些纹理压缩方法，以使显存能够成倍的容纳更多的纹理数据(好处不言而喻)；比如S3TC(DXTC)、FXT1、3DC等；本文提出一种纯软件的类似压缩技术；

 这是一种可以支持纯软件快速显示(或解压)的支持32bit ARGB(带8bit Alpha通道)颜色的高保真压缩方案（应用中不需要解压就可以快速的Copy或Blend到显示buffer中）。 图片格式参考了Jpeg、3DC、S3TC(DXTC)、FXT1等的压缩方案，特别是云风的《高质量高解码速度的高彩图象压缩》一文的启发； 

 基本方案：将图片分成8x8的块；对一个8x8的块找到能够最精确的描述这64个像素的16个或以下不同的颜色(称为局部调色板)；对于原来的64个像素的每一个像素只保存一个4bit的索引值来指向一个最接近的局部调色板颜色；将得到的局部调色板颜色储存到一个公共调色板中，该8x8的块储存一个到公共调色板的索引；这样图片的压缩率可以很容易计算出来;原来的大小:64*32bit;压缩后的大小：64*4bit+32bit+(0~16)*32bit; 压缩比值是:(2.56~7.11):1 ;  (在实际使用中经常能得到几乎无损的4:1的压缩比；当然也可以使用ZIP等其他压缩算法进一步压缩得到的图像数据 ；如果将得到的数据采用Huffman或RLE算法进一步压缩，可以得到更高的压缩比，同时数据文件从硬盘加载到显示出来的过程大部分时候会更快；)

 优化调色板：由于每一块有一个指向公共调色板的索引，所以压缩的时候可以很容易的使某些块共享相同的调色板；比如：可以将相邻的块一起计算其局部调色板，然后共享该调色板；或者部分共享调色板；还可以在计算出局部调色板以后查找公共调色板有没有等价的...  还有其他一些优化调色板的算法(我想，建立某种全局的算法应该效果更好)； (当然这些都不会影响图片的格式和其显示函数)；

 优化显示速度：出于进一步优化显示速度的考虑；在8x8的块压缩数据中增加一个块描述信息（32bit）；定义描述信息常量：默认值0x0、完全透明0x2、完全不透明0x4、单一颜色0x8、像素完全透明或完全不透明0x10；要知道某个区块是否具有某个属性；只要测试相应的位域；比如：该块是否是单一颜色=(0!=(块的描述信息 & 0x8));

 无损压缩：将64个颜色压缩到16个颜色的过程中，某些情况下个别区块的颜色损失过于严重，这时可以考虑增加一种无损压缩方案； 块的描述信息增加一个信息常量：无损压缩0x20，表示没有压缩，8x7颜色数据放到调色板中,后8个颜色数据放到索引数据中；

 支持感兴趣区域：这种压缩方案能够支持压缩时选择感兴趣的区域，也就是不同的区域采用不同的压缩率；

 支持单个像素的常数时间访问；(像素随机访问支持)

 局限性:压缩比中等，不支持局部改写（除非固定局部调色板大小,但这样压缩比较小）; 对于局部区域内颜色平滑而且变化强烈的图片压缩率比较低(或者可以压缩但质量损失比较大)；
 
 说了这么多来看一下压缩效果：

             原图0                    压缩后效果(4.62:1)

         原图1(带Alpha通道)                   压缩后效果(4.7:1)
 
 一个压缩转换演示Demo(2007.06.29更新): http://download.csdn.net/source/202028

 Demo中使用的文件格式(*.fh)：
 ////文件头////
  文件类型　'FH'       2 byte 两个字符
   文件版本  '06'       2 byte 两个字符
   文件格式  '0a'       2 byte 两个字符  (Demo中支持'0b'格式压缩，就是把调色板数据和块数据分别用Zlib进行了压缩保存，压缩数据格式：调色板数据压缩后长度4byte整数 + 调色板压缩数据 + 索引数据压缩后长度4byte整数 + 索引压缩数据)
   起始像素片偏移dx     4 byte 整数 (一般为0)
   起始像素片偏移dy     4 byte 整数 (一般为0)
   实际像素宽度Width    4 byte 整数
   实际像素高度Height   4 byte 整数
   全局调色板长度Table_Length          4 byte 整数
   压缩块数据宽度PixelsNodeWidth       4 byte 整数
   压缩块长度PixelsNode_Length         4 byte 整数  (注意这里:PixelsNode_Length==PixelsNodeWidth*_PixelsNodeHeight)
 ////数据区'0a'格式////
   全局调色板32bitARGB数组TableData   Table_Length*4  byte
   压缩块数组PixelsData                PixelsNode_Length*(4+4+8*8*4/8) byte
 
 （单个压缩块PixelsNode内部数据格式 说明：
     块描述信息0NodeType           2 byte 整数
     保留块描述信息1               2 byte 整数  （现在没有使用）
     全局调色板的索引TableIndex    4 byte 整数
     局部调色板的索引ColorIndexs  8*8 * 4bit = 32 byte (按从上到下的顺序,从左到右的对每行编码；对于一个byte中的2个索引数据，低位4bit对应的像素在前)
 )