笔记20 纹理压缩

铁名_IronName Lv4
  2026-04-04 13:23:13 2026-04-04 13:23:13 创建   2026-04-04 19:21:12 2026-04-04 19:21:12 更新    2.5k 字  9 分钟  

什么是纹理压缩

纹理压缩是为了解决内存、带宽问题，专为在计算机图形渲染系统中存储纹理而使用的图像压缩技术。

为什么要纹理压缩

图片格式

图片格式是图片文件的存储格式，通常在磁盘、内存中储存和传输文件时使用。
例如：JPG、PNG、GIF、BMP等。

纹理格式

纹理格式是显卡能够直接进行采样的纹理数据格式，通常在向显卡中加载纹理时使用。

纹理压缩格式基于块压缩，能够更快读取像素所属字节块进行解压缩以支持随机访问；
图片压缩格式基于整张图片进行压缩，无法直接实现单个像素的解析；
图片压缩格式无法被GPU识别，还需要经CPU解压缩成非压缩纹理格式才能被识别。

常见纹理压缩格式

非压缩格式DirectX标准压缩-DXTCATI系列IOS设备-PVRTC
RGBA8888(RGBA32)DXT1 (BC1)ATI1 (BC4)PVRTC
RGBA4444(RGBA16)DXT2 (BC2)ATI2(BC5)PVRTC2
RGB888(RGB24)DXT3 (BC2)BC6H
RGB565 (RGB16)DXT4 (BC3)BC7–ETC系列–
DXT5 (BC3)—ETC1
ASTCETC2

其中粗体较为常用：ASTC，DXT1（BC1），DXT5（BC3），ETC2，ATI2，BC7，PVRTC2

非压缩格式

RGBA8888(RGBA32)
一个像素32位，包含A通道，即一个像素消耗4字节；
RGBA4444 (RGBA16)
一个像素16位，包含A通道，即一个像素消耗2字节；
RGB888 (RGB24)
一个像素24位，无A通道，即一个像素消耗3字节；
RGB565 (RGB16)
一个像素16位，无A通道，即一个像素消耗2字节；

DXTC (BC1/2/3)

DCTC纹理压缩格式来源于S3公司提出的S3TC算法，基本思想是把4×4的像素块压缩成一个64或128位的数据块，优点为创建了一个固定大小且独立的编码片段，没有共享查找表或其他依赖关系，简化了解码过程。

DXT1

每一个块具有2个16位RGB颜色值（RGB565），代表了此4×4像素块中颜色极端值然后通过线性插值计算出两个中间颜色值，16个2位索引值则表示了每一个像素的颜色值索引。

DXT2/3

DXT2/3与DXT1类似，表示颜色信息的64位数据块不变，另外附加了64位数据来表示每个像素的Alpha信息，整个数据块变为了128位；每个像素占用8位，0-3表示透明信息，4-7表示颜色信息。

DXT4/5

DXT4/5与DXT2/3的差异在于其Alpha信息是通过线性插值所得的，表示颜色信息的64位数据块依然不变，而Alpha信息则由 2个 8位Alpha极端值 和 16个 3位索引值 组成.

在Unity内贴图类型选为法线后会采用DXTnm压缩格式，该格式会把法线贴图R通道存入A通道，然后RB通道清除为1，这样可以将法线XY信息分别存入到RGB/A中分别压缩，以获得更高的精度，然后再根据XY构建出Z通道数据。把颜色信息和透明度信息分开进行压缩，互不干扰，以获得更高的精度。

ATI1/2 (BC4/5)

ATI1 是ATI公司开发的纹理压缩格式，也被称为BC4，其每个数据块存储单个颜色的数据通道，以与DXT5中的Alpha数据相同的方式进行编码，常用于存储高度图、光滑度贴图，效果与原始图像基本无差异；

ATI2 也被称为BC5，每一个块中存储两个颜色通道的数据，同上以与DXT5中Alpha数据相同的方式进行编码，相当于存储了两个BC4块。
如果是在将法线存储在XY双通道中采用BC5格式压缩，由于每个通道都有自己的索引，因此法线贴图XY信息可以比在BC1中保留更多的保真度，缺点是需要使用两倍内存，也需要更多的带宽才能将纹理传递到着色器中；

BC6/7

BC6 和 BC7 仅在D3D11及以上的图形硬件中受支持，它们每个块占用16字节，BC7针对8位RGB或RGBA数据，而BC6针对RGB半精度浮点数据，因此BC6是唯一一个可以原生存储HDR的BC格式;
BC6是专门针对HDR（高动态范围）图像设计的压缩算法，压缩比为6：1；
BC7是专门针对LDR（低动态范围）图像设计的压缩算法，压缩比为3：1，该格式用于高质量的RGBA压缩，可以显著减少由于压缩法线带来的错误效果。一般我们使用BC7给端游高质量图像进行压缩。

BC6和BC7的官方原理说明：
https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/uwp/graphics-concepts/bc6h-format
https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/uwp/graphics-concepts/bc7-format

ETC

DirectX选择了 DXTC 作为标准压缩格式，OpenGL则选择了爱立信研发的ETC格式，几乎所有的安卓设备都可以支持ETC压缩，所以其在移动平台上被广泛应用。
ETC方案与DXTC具有相同特点，将4×4的像素单元压缩成64位数据块，并将像素单元水平或竖直朝向分为两个区块，每个像素颜色等于基础颜色加上索引指向的亮度范围。

ETC1

ETC1 每一个数据块分区中的4位亮度索引信息会从16个内置亮度表中获取当前像素单元对应的亮度表，每个像素的2位像素索引值可以从亮度表的四个值中选取对应的亮度补充值。

  • 1. 子块划分方式 (flipbit): 1位，决定是垂直还是水平划分。
  • 2. 基色存储模式 (diffbit): 1位，决定两个子块的基色存储方式。
    • Individual模式 (diffbit=0)：使用 RGB444 格式存储，共 (4+4+4) * 2 = 24位。
    • Differential模式 (diffbit=1)：使用 RGB555 + RGB333 差分格式存储，共 (5+5+5) + (3+3+3) = 24位 （参考1，参考2）。
  • 3. 亮度索引 (cw1, cw2): 各3位，共6位。这就是你问的“亮度索引信息”。每个子块有自己独立的3位索引，指向一个“亮度修正值表”（共8行，而非16行），用于获取亮度修正值。
  • 4. 像素索引 (pixel indices): 共32位。每个像素用2位索引，共16像素，用于从所在子块的4个颜色值中选一个。

ETC1要求长宽为2的幂次贴图，它适用于所有安卓设备，压缩率比较高；但不适用于带Alpha通道贴图。

ETC2

ETC2是ETC1的扩展，支持了Alpha通道的压缩，硬件要求OpenGLES3.0和OpenGL4.3以上，要求贴图长宽能够被4整除。

ASTC

ASTC是由ARM和AMD联合开发的纹理压缩格式，ASTC在各项指标上都挺不错，优点是可根据不同图片选择不同压缩率的算法，图片不需要为2的幂次，同时支持LDR和HDR，缺点是兼容性不够完善（无法在 iPhone 6 以下设备上运行）且解码时间较长。

ASTC也是基于块的压缩算法，与BC7类似，其数据块大小固定为128位，不同的是块中的像素数量可变，从4×4到12×12像素都有；

每一个数据块中存储了两个插值端点，但不一定存储的是颜色信息，也可能是Layer信息，这样可以用来对 Normal 或 Alpha 进行更好的压缩；
对于块中每一个纹素，存储其对应插值端点的权重，存储的权重数量可以少于纹素数量，可通过插值得到每一个纹素的权重值，然后再进行颜色的计算。

1
2
3
4
11位 权重、高度信息，特殊块标识；
2位 Part数量；
4位 16种插值端点模式（如LDR/HDR，RGB/RGBA）；
111位 插值端点信息，纹素权重值，配置信息；

PVRTC

PVRTC 由 Imagination 公司专为PowerVR显卡设计，仅支持 iPhone、iPad 和部分安卓机；不同于 DXTC 和 ETC 这类基于块的算法，PVRTC 将图像分为了低频信号和高频信号，低频信号由两张低分辨率图像AB组成，高频信号则是低精度的调制图像，记录了每个像素混合的权重，解码时 AB图像 经过双线性插值放大，然后根据调制图像的权重进行混合。

PVRTC 4-bpp（4 bit per pixel）把一个4x4的像素单元压成一个64位数据块，每一个块中存储 一个32位的调制数据，一个1位的调制标志，15位的颜色A，1位颜色A不透明标志，14位颜色B，1位颜色B不透明标志。
而PVRTC 2-bpp则是把一个4×4的像素单元压成了32位数据块。

小结

画质比较（受主观判断、纹理影响）
RGBA > ASTC 4x4 > ASTC 6×6 > ETC2 ~ ETC1

压缩格式压缩比
DXT16:1
DXT2/34:1
DXT4/54:1
ATI14:1
AT124:1
BC66:1
BC73:1
PVRTC6:1
ASTC4:1~35.95:1

实际应用中的选择

PC

①低质量使用DXT1格式不支持A通道，使用DXT5格式支持A通道；
②高质量使用BC7格式，支持A通道；

安卓

①低质量使用ETC1格式，但不支持A通道；
②低质量使用ETC2格式，支持A通道，需要在OpenGL ES 3.0/OpenGL 4.3以上版本；
③高质量使用ASTC格式，需要在Android 5.0/OpenGL ES 3.1以上版本；

IOS

①高质量使用 ASTC 格式，需要 iPhone6 以上版本；
②低质量使用 PVRTC2 格式，支持 iPhone6 以下版本；

英伟达和Unity官方对于不同类型贴图给出了不同的压缩方案建议，感兴趣的同学可以看下：

  • Using ASTC Texture Compression for Game Assets | NVIDIA Developer
  • Unity -Manual:Recommended, default, and supported texture compression formats, by platform (unity3d.com)

-作业-

结合课程内容，针对 ASTC 与 ETC2 这两个格式进行打包测试，对比分析内存占用。

  • 标题: 笔记20 纹理压缩
  • 作者: 铁名_IronName
  • 创建于 : 2026-04-04 13:23:13
  • 更新于 : 2026-04-04 19:21:12
  • 链接: https://blog.ironname.top/2026/BRPlan/笔记20-技术美术百人计划/
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目录
笔记20 纹理压缩
  1. 什么是纹理压缩
  2. 为什么要纹理压缩
  3. 常见纹理压缩格式
    1. 非压缩格式
    2. DXTC (BC1/2/3)
    3. ATI1/2 (BC4/5)
    4. BC6/7
    5. ETC
    6. ASTC
    7. PVRTC
    8. 小结
  4. 实际应用中的选择
  5. -作业-
    1. 结合课程内容，针对 ASTC 与 ETC2 这两个格式进行打包测试，对比分析内存占用。