音视频面试题集锦第 38 期｜ iOS 渲染方向

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下面是几道关于 iOS 渲染方向的面试题：

在 iOS 中属性 kCVPixelBufferIOSurfacePropertiesKey 的使用场景？
在 iOS 中，CGImageRef 和 UIImage 都是用来表示图片的类型，这两者有什么区别呢？
在 iOS 中，CGBitmapContextCreateImage 返回的图像通常会上下颠倒，原因以及解决方法？
在 iOS 中，如何将一个位图转换为 CGImageRef ？

1、在 iOS 中属性 kCVPixelBufferIOSurfacePropertiesKey 的使用场景？

在 Core Video 框架中，kCVPixelBufferIOSurfacePropertiesKey 是一个与 CVPixelBuffer 相关的属性，它用于指定与 IOSurface 相关的属性。IOSurface 是一种高效的内存缓冲区，可以在多个图形和视频处理框架之间共享数据，通常用于高性能图形渲染和视频处理。

与 Metal、OpenGL 或 Core Animation 共享图像数据：IOSurface 允许图像数据在不同的图形API（如Metal或OpenGL）和视频处理框架之间共享而不需要复制数据。这对于需要高性能的图形渲染和视频播放的应用程序非常重要。例如，使用 Metal 渲染一个视频帧时，可以通过 IOSurface 将视频数据传递给 Metal，而不需要额外的内存分配和数据复制操作。
视频解码和编码的优化：当你进行视频解码或编码时，kCVPixelBufferIOSurfacePropertiesKey 可以用来指定一个 IOSurface，作为像素缓冲区的一部分，来避免复制数据的开销。通过将解码的视频帧直接渲染到 IOSurface，视频解码过程可以显著提高效率。
显示器和 GPU 之间的缓冲区共享：在一些情况下，GPU渲染的结果需要显示到屏幕上，而屏幕的显示缓冲区又可能是通过 IOSurface 实现的。这时，kCVPixelBufferIOSurfacePropertiesKey 可以用于指定缓冲区属性，使得像素数据能够高效地从 GPU 传递到显示器。
多进程或多线程的数据共享：通过 IOSurface，不同的进程或线程可以共享图像数据，特别适用于需要跨进程访问图像数据的场景。例如，在视频编辑应用中，多个进程可能需要访问同一帧图像，使用 IOSurface 可以避免数据复制，从而提高性能。

2、在 iOS 中，CGImageRef 和 UIImage 都是用来表示图片的类型，这两者有什么区别呢？

CGImageRef 属于 Core Graphics 框架，使用的是 C 语言 API，主要用于低层次的图像处理和绘制，需要自己管理内存（CGImageRetain 和 CGImageRelease）。而 UIImage 属于 UIKit 框架，面向面向对象的 API，专为 iOS 开发设计，提供了更高级的图像处理功能，生命周期由 ARC 自动控制。
CGImageRef 没有直接显示图像的功能。要显示图像，通常需要将 CGImageRef 渲染到一个 CGContext 中， UIImage 可以直接显示在 UIImageView 或其他 UIKit 控件中，并且支持缓存、渲染、自动调整大小等功能。

3、在 iOS 中，CGBitmapContextCreateImage 返回的图像通常会上下颠倒，原因以及解决方法？

Core Graphics 坐标系统使用的是左下角作为坐标系统的原点（即 (0,0) 在屏幕的左下角），而 iOS 屏幕坐标系统则是以屏幕的左上角作为原点（即 (0,0) 在屏幕的左上角）。因此，当你从 CGBitmapContextCreateImage 创建一个图像时，由于上下文坐标系统和屏幕坐标系统原点的不同，图像在上下方向上会反转。

解决方法：

使用 CGContextTranslateCTM 和 CGContextScaleCTM 进行上下翻转

你可以在创建 CGBitmapContext 时，先对坐标系进行翻转，从而让最终的图像正确显示。

// 假设你有一个 CGBitmapContext，创建时是使用以下方式：
CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(...); // 创建你的图形上下文

// 进行上下翻转
CGContextTranslateCTM(context, 0, CGContextGetHeight(context)); // 将原点移至上下文的底部

CGContextScaleCTM(context, 1.0, -1.0); // 沿着Y轴进行缩放（上下翻转）

// 绘制图像或其他内容
// 你的绘制代码，绘制时会按照正确的坐标系进行

4、在 iOS 中，如何将一个位图转换为 CGImageRef ？

可以使用 Core Graphics 提供的 CGBitmapContextCreate 方法来创建一个位图上下文，然后从这个上下文创建 CGImageRef。下面是代码示例

// 假设你已经有一个原始的位图数据（RGB格式，每个像素3个字节）
UInt8 *rgbData = ...; // 这个数据应该已经按顺序排列好，例如 RGBRGBRGB...

// 图像的宽度和高度
size_t width = 100; // 图像宽度
size_t height = 100; // 图像高度

// 每个像素有 3 个颜色分量（RGB）
size_t bitsPerComponent = 8; // 每个颜色分量 8 位
size_t bytesPerRow = width * 3; // 每行的字节数，3 个分量，每个 1 字节

// 1. 创建 RGB 颜色空间
CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB(); // 使用 RGB 颜色空间

// 2. 创建位图上下文
CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(
    rgbData, // 图像数据
    width, // 图像宽度
    height, // 图像高度
    bitsPerComponent, // 每个分量的位数
    bytesPerRow, // 每行的字节数
    colorSpace, // 颜色空间
    kCGImageAlphaNone // 图像没有 alpha 通道（仅 RGB）
);

// 检查是否成功创建上下文
if (context == NULL) {
    // 错误处理
    NSLog(@"Failed to create CGContext");
}

// 3. 从位图上下文创建 CGImageRef
CGImageRef cgImage = CGBitmapContextCreateImage(context);

// 检查是否成功创建 CGImageRef
if (cgImage == NULL) {
    // 错误处理
    NSLog(@"Failed to create CGImageRef");
}

// 使用 cgImage，例如用它来显示图像
UIImage *image = [UIImage imageWithCGImage:cgImage];

// 清理
CGContextRelease(context);
CGImageRelease(cgImage);
CGColorSpaceRelease(colorSpace);