[發明專利]圖形系統中紋理圖像透明度通道處理系統與裝置和方法

無效

• 申請號: 201110326126.4
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102368329A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 蔣毅飛;孟海波;張廣飛;高翔
• 申請（專利權）人: 龍芯中科技術有限公司
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;H03M7/30
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

技術領域

本發明涉及計算機圖形處理技術領域，特別是涉及一種圖形系統中紋理圖像透明度通道壓縮和解壓的處理系統、裝置和方法。

背景技術

圖形處理單元(Graphics?Processing?Unit，GPU)在單顆芯片上集成了坐標變換、光照計算、三角形建立和裁減、渲染引擎等功能，能夠加速計算機系統中與圖形相關的運算，是計算機系統的重要組成部分之一。目前GPU已經廣泛應用于嵌入式系統、移動電話、個人電腦、工作站以及游戲控制臺等領域。

圖形處理過程中很多階段需要訪問內存，內存帶寬通常是圖形系統的瓶頸。對紋理內存的訪問往往最消耗帶寬資源，因此用于降低訪問紋理內存帶寬消耗的紋理壓縮技術在圖形系統中得到了廣泛應用。

紋理(texture)是一個專業術語，物體表面紋理是指物體表面的外觀效果。計算機圖形學中的紋理貼圖(texture?mapping)就是使用圖像、函數或者其他數據源來改變物體的表面外觀，實時渲染過程中最常見的例子就是將二維圖像“粘貼”到當前渲染的三角形面片上。通過這種方式將圖像和物體表面結合起來，能在建模、存儲空間等方面節省很多資源，并避免大量的計算。紋理貼圖不僅是增加表面真實感的一種有效近似方法，在很多情況下也是唯一選擇。譬如為了繪制有木紋效果的三角形，因為缺乏對木紋生成機制的了解，利用已有的圖像對三角形進行紋理貼圖就成了唯一選擇。

紋理貼圖過程中訪問的圖像就是紋理圖像，紋理圖像也簡稱為紋理。紋理壓縮就是對紋理圖像的壓縮，因為紋理圖像都存放在內存里，通過壓縮紋理圖像，渲染時訪問并傳輸壓縮后的紋理數據，可以減少對紋理內存的訪問，從而達到降低內存帶寬消耗的目的。

紋理圖像通常用RGBA四元組表示，其中RGB表示顏色，A表示透明度α，因此紋理壓縮方法一般包含對顏色通道的壓縮和對透明度通道的壓縮。盡管紋理圖像可視為一類特殊的數字圖像，但是普通的靜態圖像壓縮方法并不適用于紋理壓縮，主要原因有以下幾點：

首先，紋理圖像一般包含透明度通道和顏色通道，因此紋理壓縮方法需要對透明度信息和顏色信息進行壓縮；而一般的靜態圖像壓縮只處理像素的顏色信息。

其次，一般的靜態圖像壓縮方法通常不能保證隨機內存訪問。常見的靜態圖像壓縮方法，如JPEG等，先將圖像分為8×8像素大小的像素塊，然后使用變長編碼(variable?bit?length?coding，VLC)順序壓縮每塊圖像。顏色復雜較難編碼的像素塊，允許使用較多的比特來表示；顏色單一的簡單像素塊，使用較少的比特表示。原始圖像中顏色相對簡單的部分，壓縮后占用較少的存儲空間；而顏色比較復雜的部分，壓縮后占用較多的存儲空間。

因為每個像素塊壓縮后大小不一，所以不能隨機訪問壓縮圖像中的像素。為了訪問某個像素，必須順序遍歷壓縮數據流。JPEG2000用索引方式實現了對壓縮圖像的隨機訪問，但是存儲和訪問索引都會帶來額外的開銷，尤其是二次訪存將會導致延遲增加。此外一般靜態圖像的壓縮及解壓過程也較為復雜。上述原因決定了普通的靜態圖像壓縮方法不能用于紋理圖像的壓縮。

考慮到紋理圖像和普通靜態圖像的差異以及GPU實時渲染的處理特點，一般認為紋理壓縮系統應當保證以下一些特性：

快速解壓：解壓過程由像素著色單元中的硬件實時完成，解壓操作應簡單快速，在幾個時鐘周期內完成。如此才能滿足著色過程的實時性要求。

隨機直接內存訪問：紋理映射過程中對紋理內存的訪問是非連續的，很難預先知道要訪問的紋理內存地址，紋理壓縮系統需具有隨機內存訪問的特點。此外任何非直接的內存訪問，譬如依賴于索引或調色板的技術，將會導致額外的延遲。紋理壓縮系統對紋理數據的訪問應通過單次訪存操作完成，避免多次訪存。

壓縮比和圖像質量：紋理通常是場景的一部分而非全部，且場景一般是在不停地變化。因此紋理壓縮可以容忍一定程度的圖像質量犧牲。相比較而言，紋理壓縮系統更注重壓縮比，以緩解對系統帶寬的壓力。

壓縮速度：紋理訪問具有非對稱性，通常強調實時解壓而非實時壓縮。多數紋理圖像通常在使用前事先準備好。壓縮過程可以由軟件或硬件完成，與解壓過程相比，壓縮速度并不十分重要。