Access BitmapSource Pixel Data (WIC Image Hack)

Introduction 

WPF에서 파일로부터 불러온 이미지의 픽셀데이터에 접근하고자 할 경우 아래와 같이 CopyPixels를 통해 이미지에 포함된 픽셀 값들을 복사하는 방법을 사용합니다. CopyPixels는 이름에서도 알 수 있듯이 이미지에 있는 픽셀데이터를 복사하는데요, 이 때문에 데이터의 용도가 단순한 읽기 전용이거나 업데이트를 위한 용도일 경우에는 불필요한 메모리와 퍼포먼스를 요구하게 되므로 효율적이지 못합니다.
byte[] Pixels = new byte[CopyPixelsSource.PixelHeight * CopyPixelsSource.BackBufferStride]; OriginalSource.CopyPixels(Pixels, CopyPixelsSource.BackBufferStride, 0);
MSDN에서는 픽셀데이터에 접근하기 위한 또다른 방법으로 WriteableBitmap을 이야기하는데 WriteableBitmap 또한 내부적으로는 CopyPixels를 사용하기 때문에 큰 효율은 얻을 수 없습니다.)

이번시간에는 WPF내부적으로 사용되고 있는 Image Framework인 WIC(Windows Image Component)에 직접 Access하여 보다 효과적으로 픽셀데이터에 접근하는 방법에 대해 소개합니다. 아래 동영상은 WIC를 이용했을 때와 CopyPixels를 이용했을 때의 비교영상입니다.

위 테스트에서 사용된 코드는 첨부파일을 다운로드 하시면 확인 하실 수 있습니다.

Windows Image Component

앞서 말씀드린 것과 같이 WPF에서는 내부적으로 WIC를 이용해 이미지를 관리합니다. 즉 Native Code로 작성된 WIC API를 Managed Code로 Wrapping하여 제공하는건데요. 이때 Native Code에서 생성된 이미지 데이터를 Managed Code에서 무분별하게 Access할 경우 발생할 수 있는 메모리 관련 이슈들을 사전에 방지하고자 직접적인 Access를 허용하지 않고 Copy 관련 메서드만 제공하는것으로 보입니다.

※ .Net Reflector등의 툴로 BitmapSource객체를 열어보시면 아래와같이 내부적으로 WIC 이미지를 가지고 있는것을 확인 하실 수 있습니다.

_wicSource라는 이름으로 WIC객체가 저장되어 있는것을 확인하실 수 있습니다. wicSource는 Internal로 정의되어있기 때문에 Reflection을 통해 WIC객체 포인터에 Access하고 WIC API를 이용해 Native Code상에서 생성된 이미지 데이터에 접근하시면됩니다.

WIC에 대한 자세한 내용은 여기(http://msdn.microsoft.com/ko-kr/library/windows/desktop/ee719654.aspx)서 확인 할 수 있습니다.

Create WICBitmapBuffer

WIC를 이용해 픽셀 데이터를 접근하기 위해 필요한 API들과 Native객체 생성과 파괴를 관리 할 수 있도록 임의의 WICBitmapBuffer를 아래와 같이 사용하면 더 쉽게 사용할 수 있습니다.
public class WICBitmapBuffer : IDisposable { private static readonly Type BitmapNativeMethodsClass; private static readonly Type BitmapLockMethodsClass; private static readonly MethodInfo LockMethod; private static readonly MethodInfo GetStrideMethod; private static readonly MethodInfo GetDataPointerMethod; private static readonly FieldInfo WicSourceFiled; static WICBitmapBuffer() { Type BitmapSourceType = typeof(BitmapSource); WicSourceFiled = BitmapSourceType.GetField("_wicSource", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance); Assembly PresentationCoreAssembly = BitmapSourceType.Assembly; PresentationCoreAssembly.GetType("MS.Win32.PresentationCore.UnsafeNativeMethods+WICBitmap"); BitmapNativeMethodsClass = PresentationCoreAssembly.GetType("MS.Win32.PresentationCore.UnsafeNativeMethods+WICBitmap"); BitmapLockMethodsClass = PresentationCoreAssembly.GetType("MS.Win32.PresentationCore.UnsafeNativeMethods+WICBitmapLock"); LockMethod = BitmapNativeMethodsClass.GetMethod("Lock", BindingFlags.Static | BindingFlags.NonPublic); GetStrideMethod = BitmapLockMethodsClass.GetMethod("GetStride", BindingFlags.Static | BindingFlags.NonPublic); GetDataPointerMethod = BitmapLockMethodsClass.GetMethod("GetDataPointer", BindingFlags.Static | BindingFlags.NonPublic); } public static WICBitmapBuffer Create(BitmapSource Image) { return new WICBitmapBuffer(Image); } private BitmapSource Source = null; private SafeHandle WICImageHandle = null; private SafeHandle _wicImageLock = null; private uint _bufferSize = 0; private IntPtr _bufferPointer = IntPtr.Zero; private uint _stride = 0; public IntPtr BufferPointer { get { return _bufferPointer; } } public uint BufferSize { get { return _bufferSize; } } public uint Stride { get { return _stride; } } public int Width { get; private set; } public int Height { get; private set; } private WICBitmapBuffer(BitmapSource Image) { Source = Image; Width = Source.PixelWidth; Height = Source.PixelHeight; WICImageHandle = WicSourceFiled.GetValue(Source) as SafeHandle; SetBufferInfo(); } private void SetBufferInfo() { Int32Rect rect = new Int32Rect(); rect.Width = Width; rect.Height = Height; object[] Parameters = new object[] { WICImageHandle, rect, 2, WICImageHandle }; LockMethod.Invoke(null, Parameters); _wicImageLock = Parameters[3] as SafeHandle; Parameters = new object[] { _wicImageLock, _stride }; GetStrideMethod.Invoke(null, Parameters); _stride = (uint)Parameters[1]; Parameters = new object[] { _wicImageLock, _bufferSize, _bufferPointer }; GetDataPointerMethod.Invoke(null, Parameters); _bufferSize = (uint)Parameters[1]; _bufferPointer = (IntPtr)Parameters[2]; } public void Dispose() { _wicImageLock.Close(); _wicImageLock.Dispose(); } }
위 코드를 사용할 때에는 아래와 같이 사용합니다. WICBitmapBuffer.Create 메서드에 BitmapSource객체를 넣고 Buffer에 접근하시면 됩니다.
using (var buffer = WICBitmapBuffer.Create(OriginalSource)) { ProcessPixels(buffer.BufferPointer, buffer.BufferSize); }
이상으로 이번 포스팅을 마치며 영상에서 사용된 전체 소스코드는 아래에서 다운로드 받으시면됩니다. 기타 질문이나 문의사항은 댓글이나 이메일 주시면 답변드리도록 하겠습니다. 감사합니다.

WIT.WPF.BitmapExtensionExample.zip