ASTC纹理压缩介绍

发布于: 2024-05-26 更新于: 2024-07-20 分类于: tool 阅读次数:

ASTC (Adaptive Scalable Texture Compression) 是一种高级纹理压缩技术，由 ARM 和 AMD 共同开发。ASTC 的设计目标是提供更高效的压缩率和更高的图像质量，并且支持多种块尺寸和位深度。ASTC 允许在压缩率和质量之间灵活选择，适用于各种不同的应用场景。ASTC广泛用于减少纹理占用的内存和带宽。ASTC 提供了多种块尺寸，如 6x6 和 8x8 块尺寸。不同的块尺寸对内存占用有不同的影响。

介绍

ASTC 主要特点

多种块尺寸：ASTC 支持多达 14 种不同的块尺寸，从 4x4 到 12x12 像素。
高压缩效率：ASTC 提供了比其他纹理压缩格式（如 DXT 和 ETC）更高的压缩效率。
灵活性：可以在不同的块尺寸和位深度之间进行选择，以适应不同的性能和质量需求。
宽泛的硬件支持：广泛支持现代的图形硬件，包括移动设备和 PC。

ASTC 块尺寸

ASTC 支持以下块尺寸：

4x4
5x4
5x5
6x5
6x6
8x5
8x6
8x8
10x5
10x6
10x8
10x10
12x10
12x12

每个块的大小固定为 128 比特（16 字节）【通常是 128 比特或 16 字节】，但是每个块覆盖的像素数量不同。

ASTC 内存占用大小

为了详细介绍 ASTC 的内存占用大小，需要从纹理的分辨率、使用的块尺寸和每个块的比特数（通常是 128 比特或 16 字节）开始。以下是详细的计算步骤和示例。

计算步骤

1. 了解输入参数

纹理分辨率：纹理的宽度 W 和高度 H。
块尺寸：ASTC 块的宽度 BW 和高度 BH。
每个块的大小：每个 ASTC 块固定为 128 比特（16 字节）。

2. 计算块数量

横向块数
$$
{横向块数} = \lceil \frac{W}{BW} \rceil
$$
纵向块数
$$
{纵向块数} = \lceil \frac{H}{BH} \rceil
$$
总块数为

$$
{总块数} = \left(\lceil \frac{W}{BW} \rceil \right) \times \left(\lceil \frac{H}{BH} \rceil \right)
$$

3. 计算物理内存占用大小

每个块占用 16 字节，因此：
$$
{物理内存占用大小} = \text{总块数} \times 16 \text{ 字节}
$$

示例计算

假设我们有一张 1024x1024 像素的纹理，分别使用 ASTC 4x4、ASTC 6x6 和 ASTC 8x8 块尺寸，计算它们的内存占用大小。

1. ASTC 4x4 块尺寸

计算横向和纵向块数：
$$
{横向块数} = \lceil \frac{1024}{4} \rceil = \lceil 256 \rceil = 256
$$

$$
{纵向块数} = \lceil \frac{1024}{4} \rceil = \lceil 256 \rceil = 256
$$

计算总块数：
$$
{总块数} = 256 \times 256 = 65536
$$
计算物理内存占用大小：
$$
{物理内存占用大小} = 65536 \times 16 \text{ 字节} = 1048576 \text{ 字节} \approx 1 \text{ MB}
$$

2. 使用 ASTC 6x6 块尺寸

计算横向和纵向块数：
$$
{横向块数} = \lceil \frac{1024}{6} \rceil = \lceil 170.67 \rceil = 171
$$

$$
{纵向块数} = \lceil \frac{1024}{6} \rceil = \lceil 170.67 \rceil = 171
$$

计算总块数：
$$
{总块数} = 171 \times 171 = 29241
$$
计算物理内存占用大小：
$$
{物理内存占用大小} = 29241 \times 16 \text{ 字节} = 467856 \text{ 字节} \approx 457 \text{ KB}
$$

3. 使用 ASTC 8x8 块尺寸

计算横向和纵向块数：
$$
{横向块数} = \lceil \frac{1024}{8} \rceil = \lceil 128 \rceil = 128
$$

$$
{纵向块数} = \lceil \frac{1024}{8} \rceil = \lceil 128 \rceil = 128
$$

计算总块数：
$$
{总块数} = 128 \times 128 = 16384
$$
计算物理内存占用大小：
$$
{物理内存占用大小} = 16384 \times 16 \text{ 字节} = 262144 \text{ 字节} \approx 256 \text{ KB}
$$

ASTC 压缩原理及压缩率计算

公式解释

像素大小（bits）：指的是经过 ASTC 压缩后，每个像素所占的位数。公式为：
$$
{像素大小} = \frac{16 \text{ bytes}}{\text{分块宽高}} \times 8 \text{ bits/byte}
$$
这里，分块宽高是指一个 ASTC 块所覆盖的像素数。例如，4x4 块覆盖 16 个像素，8x8 块覆盖 64 个像素。
压缩率：表示压缩前后的比率，即原始未压缩像素大小（32-bit）与压缩后像素大小的比率。公式为：
$$
{压缩率} = \frac{\text{原始像素大小（32-bit）}}{\text{像素大小}}
$$
图像大小：表示压缩后的图片大小。公式为：
$$
{图像大小} = \frac{\text{原始图片大小}}{\text{压缩率}}
$$
其中，原始图片大小是未压缩的图片大小。

示例计算

假设我们有一张 4 MB 的 1024x1024 像素的原始图片。以下是不同块尺寸下的计算过程：

1. 4x4 块尺寸

像素大小：
$$
{像素大小} = \frac{16 \text{ bytes}}{4 \times 4} \times 8 \text{ bits/byte} = \frac{16}{16} \times 8 = 8 \text{ bits}
$$
压缩率：
$$
{压缩率} = \frac{32 \text{ bits}}{8 \text{ bits}} = 4
$$
压缩后图片大小：
$$
{图像大小} = \frac{4 \text{ MB}}{4} = 1 \text{ MB}
$$

2. 5x5 块尺寸

像素大小：
$$
{像素大小} = \frac{16 \text{ bytes}}{5 \times 5} \times 8 \text{ bits/byte} = \frac{16}{25} \times 8 = 5.12 \text{ bits}
$$
压缩率：
$$
{压缩率} = \frac{32 \text{ bits}}{5.12 \text{ bits}} = 6.25
$$
压缩后图片大小：
$$
{图像大小} = \frac{4 \text{ MB}}{6.25} \approx 655 \text{ KB}
$$

3. 6x6 块尺寸

像素大小：
$$
{像素大小} = \frac{16 \text{ bytes}}{6 \times 6} \times 8 \text{ bits/byte} = \frac{16}{36} \times 8 \approx 3.56 \text{ bits}
$$
压缩率：
$$
{压缩率} = \frac{32 \text{ bits}}{3.56 \text{ bits}} \approx 8.99
$$
压缩后图片大小：
$$
{图像大小} = \frac{4 \text{ MB}}{8.99} \approx 455.62 \text{ KB}
$$

4. 8x8 块尺寸

像素大小：
$$
{像素大小} = \frac{16 \text{ bytes}}{8 \times 8} \times 8 \text{ bits/byte} = \frac{16}{64} \times 8 = 2 \text{ bits}
$$
压缩率：
$$
{压缩率} = \frac{32 \text{ bits}}{2 \text{ bits}} = 16
$$
压缩后图片大小：
$$
{图像大小} = \frac{4 \text{ MB}}{16} = 256 \text{ KB}
$$

5. 10x10 块尺寸

像素大小：
$$
{像素大小} = \frac{16 \text{ bytes}}{10 \times 10} \times 8 \text{ bits/byte} = \frac{16}{100} \times 8 = 1.28 \text{ bits}
$$
压缩率：
$$
{压缩率} = \frac{32 \text{ bits}}{1.28 \text{ bits}} = 25
$$
压缩后图片大小：
$$
{图像大小} = \frac{4 \text{ MB}}{25} \approx 163 \text{ KB}
$$

6. 12x12 块尺寸

像素大小：
$$
{像素大小} = \frac{16 \text{ bytes}}{12 \times 12} \times 8 \text{ bits/byte} = \frac{16}{144} \times 8 \approx 0.89 \text{ bits}
$$
压缩率：
$$
{压缩率} = \frac{32 \text{ bits}}{0.89 \text{ bits}} \approx 35.95
$$
压缩后图片大小：
$$
{图像大小} = \frac{4 \text{ MB}}{35.95} \approx 113.93 \text{ KB}
$$

解释与理解

像素大小：表示每个像素在经过 ASTC 压缩后的比特数。分块宽高越大，每个像素分摊到的比特数越少，意味着压缩效率越高。
压缩率：原始像素大小与压缩后像素大小的比值。这个比值越大，表示压缩效果越好，压缩后的文件越小。
压缩后图片大小：根据压缩率计算压缩后的文件大小。压缩率越大，压缩后文件越小。

拓展

ASTC 8x8 相对于 ASTC 6x6 的内存占用比例 = 2 比特 / 3.56 比特 ≈ 0.5618

总结

通过上述计算可以看出，不同的 ASTC 块尺寸对纹理的内存占用有显著影响：

ASTC 4x4：每个块覆盖 16 像素，总内存占用大约为 1 MB，压缩率较低，但图像质量较高。
ASTC 6x6：每个块覆盖 36 像素，总内存占用大约为 457 KB，压缩率适中，图像质量有所下降。
ASTC 8x8：每个块覆盖 64 像素，总内存占用大约为 256 KB，压缩率较高，图像质量下降更明显。

在实际应用中，选择合适的块尺寸需要根据具体的性能和质量需求做出平衡。在需要更高质量的场景中可能选择较小的块尺寸（如 4x4），而在需要更高压缩率的场景中可能选择较大的块尺寸（如 8x8）。为了直观展示不同情况下的大小关系，我们列出一个表格：

ASTC 块尺寸	文件存储大小	CPU 内存占用大小（原始数据）	CPU 内存占用大小（压缩数据）	显存占用大小
4x4	0.5 MB	4 MB	1 MB	1 MB
6x6	0.5 MB	4 MB	457 KB	457 KB
8x8	0.5 MB	4 MB	256 KB	256 KB

从表中可以看出：

文件存储大小：ASTC 文件通常较小，取决于压缩率，示例中假设为 0.5 MB。
CPU 内存占用大小：未压缩的原始数据占用较大内存（4 MB），而压缩数据的大小接近显存占用大小。
显存占用大小：显存占用与块尺寸直接相关，块尺寸越大，占用的显存越小。

--- 本文结束 The End ---

介绍

ASTC 主要特点

ASTC 块尺寸

ASTC 内存占用大小

计算步骤

1. 了解输入参数

2. 计算块数量

3. 计算物理内存占用大小

示例计算

1. ASTC 4x4 块尺寸

2. 使用 ASTC 6x6 块尺寸

3. 使用 ASTC 8x8 块尺寸

ASTC 压缩原理及压缩率计算

公式解释

示例计算

1. 4x4 块尺寸

2. 5x5 块尺寸

3. 6x6 块尺寸

4. 8x8 块尺寸

5. 10x10 块尺寸

6. 12x12 块尺寸

解释与理解

拓展

推荐几款 ASTC 压缩工具：

总结