blend后颜色异常问题（glBlendFunc & glBlendFuncSeparate）

1. 问题描述

应用中显示投屏小窗部分的颜色值与预期不一致，预期为纯白色 [0xFF]，而实际显示偏黑 [0xDE]

相同渲染合成逻辑在X86平台测试显示为正常色彩 [0xFF]

各个layer叠加顺序如下（简化层级可以说明问题即可）：

1. 应用使用GPU渲染各个对象后进行blending合成输出到Overlay 01：
   1. media
   2. bottom
2. 投屏画面输出到Overlay 02；

PS：Overlay 是指Display Process Unit中硬件图层，由硬件进行叠加混合，提高效率；

2. 问题分析

1. 按照使用blending 公式计算理论值，是否与显示颜色一致，排除应用处理异常问题；
2. 由于有做对比实验，同样render & blend 过程在PC上无问题，则排查差异部分：
   1. GPU 差别，对于实现库是否有差异？
   2. 显示模块的差异
      1. 异常机器使用DRM架构，而PC机不是；
      2. 异常机器有使用硬件Overlay ，而对比机器没有；

根据上述过程，由于GPU和DRM均为标准库，出问题概率较小，则先排查另外两项：

2.1 计算确认GPU输出理论值是否一致

1. 根据应用使用的两张图片的RGB值计算数据如下（使用glBlendFunc接口）：
   Bottom（0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF）和media（0xD9, 0xFF, 0xFF, 0xFF）合成

   • RGB：（0xD9 * 0xFF + 0xFF * (0xFF - 0xD9)）/ 0xFF = 0xFF
   • A：（0xD9 * 0xD9 + 0xFF * (0xFF - 0xD9)）/ 0xFF = 0xDE

   从这两张图片的计算结果来看，应用经过GPU渲染合成后输出的RGB值应该为0xFF，即纯白色；

2. dump GPU 吐出的buffer数据，查看其ARGB值与上述计算出来的数据一致

则根据上述两步分析可以得到如下结论：

1. 应用使用render和blend的逻辑输出的RGB值符合预期；
2. GPU 处理后输出值与预期相符，则说明GPU 底层处理符合标准（即这部分怀疑的优先级一般都放低一些）
3. 问题出现在显示后端，由于DRM也属于标准框架内容，首要怀疑overlay合成部分
   • 注意到上述计算出来的A 为0xDE，则需要确认Overlay的合成是如何做的？

PS：计算公式详见第四小节blend使用接口介绍；

2.2 排查Overlay合成

基于上述实验分析，需要确认硬件Overlay是如何做的硬件合成操作：

• 与designer沟通确认，硬件中为固定算法进行合成
  • 默认与glBlendFunc参数设置为GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA时相符；
• 相当于合成 ARGB 背景色（0xFF, 0x00, 0x00, 0x00）和 ARGB GPU Output （0xDE, 0xFF, 0xFF, 0xFF）
  • RGB：（0xFF * 0xDE + 0x00 * (0xFF - 0xDE)）/ 0xFF = 0xDE
  • A：（0xDE * 0xDE + 0xFF * (0xFF - 0xDE)）/ 0xFF = 0xE2

根据上述公式计算出来最终要显示的RGB颜色为0xDE 并非0xFF，与实际上屏颜色相符；

则问题已经明确，应用端没有考虑到平台DPU后端仍会做一次硬件的blend合成，输出A颜色值并非为0xFF，导致问题出现

3. 问题处理方案

基于上述分析，问题原因已经明确：

1. 平台中进行了两次blend计算

   • 由于blend公式特性决定，其所有图层必须按照一定顺序进行叠加计算否则会计算异常，比如上述过程应该按照如下顺序：

   1. ARGB 背景色（0xFF, 0x00, 0x00, 0x00）和 bottom（0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF)
      RGB：（0xFF * 0xFF + 0x00 * (0xFF - 0xFF)）/ 0xFF = 0xFF
      A：（0xFF * 0xFF + 0xFF * (0xFF - 0xFF)）/ 0xFF = 0xFF
   2. ARGB Output （0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF） 和 media（0xD9, 0xFF, 0xFF, 0xFF）
      RGB：（0xFF * 0xD9 + 0xFF * (0xFF - 0xD9)）/ 0xFF = 0xFF
      A：（0xD9 * 0xD9 + 0xFF * (0xFF - 0xD9)）/ 0xFF = 0xDE

   按照顺序叠加出来的RGB是符合预期输出的

   • 存在上述进行两次blend过程的情况，则需要保证第一次blend输出后的A分量符合我们预期要求，针对此case，我们要求 GPU Output A为0xFF，openGL中提供接口进行单独计算：

     void glBlendFuncSeparate(    GLenum srcRGB,
          GLenum dstRGB,
          GLenum srcAlpha,
          GLenum dstAlpha);
     //与上述差别在于将rgb与a分量独立使用不同的计算公式     
     

     使用上述公式计算bottom和media合成：

   Bottom（0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF）和media（0xD9, 0xFF, 0xFF, 0xFF）合成
   RGB：（0xD9 * 0xFF + 0xFF * (0xFF - 0xD9)）/ 0xFF = 0xFF
   A：（0xD9 * (0xFF - 0xFF) + 0xFF * 0xFF）/ 0xFF = 0xFF

   使用此接口独立计算即可解决问题

PS：相关blend接口和参数介绍详见第四小节

4. blend 使用接口介绍

4.1 概念说明

blend 即使用输入（Src）RGBA分量数据与帧缓冲区中已有RGBA值（Dst）进行计算来得到最终输出RGBA值得过程；

• 实现角度为通过一定公式来计算RGBA的值；
• 理解角度为根据透明度将两层layer的数据叠加到一起显示；

名词	说明
Src	输入的layer数据，由于blend计算过程为从下往上，则src就是相对位置在上方的layer
Dst	帧缓冲区中已有的layer数据，两层合成是相对位置在下方的layer

4.2 接口说明

• glBlendFunc

  void glBlendFunc(GLenum sfactor,GLenum dfactor);
  

  名词	说明
  sfactor	源因子，即src分量的计算公式
  dfactor	目标因子，dst分量的计算公式

• glBlendFuncSeparate

  void glBlendFuncSeparate(    GLenum srcRGB,
       GLenum dstRGB,
       GLenum srcAlpha,
       GLenum dstAlpha);
  

  相较于glBlendFunc将rgb与a分量的计算因子拆分了出来

4.3 参数说明

合系数枚举值	fR fG fB	fA
GL_ZERO	0,0,0	0
GL_ONE	1,1,1	1
GL_SRC_COLOR	Rs,Gs,Bs	As
GL_ONE_MINUS_SRC_COLOR	1-Rs,1-Gs,1-Bs	1-As
GL_SRC_ALPHA	As,As,As	As
GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA	1-As,1-As,1-As	1-As
GL_DST_COLOR	Rd,Gd,Bd	Ad
GL_ONE_MINUS_DST_COLOR	1-Rd,1-Gd,1-Bd	1-Ad
GL_DST_ALPHA	Ad,Ad,Ad	Ad
GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA	1-Ad,1-Ad,1-Ad	1-Ad
GL_CONSTANT_COLOR	Rc,Gc,Bc	Ac
GL_ONE_MINUS_CONSTANT_COLOR	1-Rc,1-Gc,1-Bc	1-Ac
GL_CONSTANT_ALPHA	Ac,Ac,Ac	Ac
GL_ONE_MINUS_CONSTANT_ALPHA	1-Ac,1-Ac,1-Ac	1-Ac
GL_SRC_ALPHA_SATURATE	min(As,1-Ad)	1

其中斜体标记的为上述例子中使用的参数，在此处作为举例说明：

• glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)

  表示源颜色乘以自身的alpha 值，目标颜色乘以1.0减去源颜色的alpha值

  • ARGB = ( Rs * As + Rd * (1-As) ) 以R分量举例

• glBlendFuncSeparate(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA, GL_DST_ALPHA)

  表示源颜色乘以自身的alpha 值，目标颜色乘以1.0减去源颜色的alpha值

  源alpha乘以1.0减去目标的alpha值，目标alpha乘以目标alpha值

  • RGB = ( Rs * As + Rd * (1-As) ) 以R分量举例
  • A = ( As * ( 1 - Ad ) + Ad * Ad )

根据这些公式再去看上述问题描述中的计算过程就比较清晰了

5. 附录

此问题的发生暴露了此前对于blend 的理解以及blend接口理解的不足，以此记录供后续查阅参考

本地编辑完成后导入CSDN就会出现各种排版问题，先将就看吧，如果大家有好的办法，麻烦分享下 0.0