图像存储原理

作者：满嘴跑火车的小土匪

Packed与Planar

在计算机图形学中，Packed和Packed是两种主要的像素数据存储方式。

Packed：每个像素在内存中是连续存储的。如果每个像素有16bit，则每个像素在内存中是用两个连续的8位字节存储。如果每个像素有4bit，则每两个像素在内存中是用一个字节存储，每半个字节一个像素。如果一个像素有多个通道，则通道在内存中是相互交错的，如有三个通道的RGB：

Planar：每个像素的组成，不是连续存储在一起的。而是分割在内存不同的位平面里。如果像素是单通道，也可以采用Planar，将单个像素的bit组成，分布在不同的平面。如果像素是多通道的，通常是将每个通道保存在不同的平面（平面可以理解为不同的内存块），如RGB，如果采用Planar：

以非常规RGB格式的RGBI为例：

RGBI不是由R、G、B三个通道组成的。它是基于bit的，每4bit，组成一个RGBI，总共有2⁴ = 16种颜色可选。RGBI的调色板如下：

如果采用Packed方式来表示4个RGBI像素，它的内存结构可能如下：

每半个字节表示一个像素。4个RGBI像素在内存中被存储为两个连续的字节。

如果采用Planar方式来表示4个RGBI像素，它的内存结构可能如下：

用4个平面来表示，一个RGBI的4bit组成，被拆分到了不同平面里。4个RGBI像素在内存中被存储为4个不连续的字节。可以看到，相比于Packed，Planar往往需要更多的内存。

Packed的优势当然是在于更节省内存空间。

Planar的优势：

可以并行访问像素数据。在内存带宽不足的时候，Planar就明显优于Packed了。如YUV，如果采用Planar，相比于Packed，可以并行访问Y、U、V三个平面，那就相当于只花1/3的时间，就可以访问到一个YUV像素。
Planar在切换bit depth时，更加快：可以通过增加或丢弃平面，来快速扩增或缩减调色板。比如，4个平面变成5个平面时，一个像素的可选颜色，变成了2⁵ = 32种。
当代表像素的bit数，不是2的次幂的时候，Planar在空间和时间上的效率，都高于Packed。比如，在3-bit的RGB中（每3个bit表示一个像素，一个像素可选颜色为2³ = 8种）。
- 如果采用Planar，只需要3个平面。
- 如果采用Packed，有两种实现方式：
  - 允许像素跨字节边界：提高了内存寻址和unpack像素的复杂度，导致耗时增加。
  - 采用padding：每个字节只存储两个像素，耗费6个bit，保留两个2bit不使用，导致空间消耗增大。RGB555就是这种做法。