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用OpenCL造GPU加速的AviSynth滤镜

这一季度有个叫《月曜日のたわわ》的动画片。原作是比村奇石的漫画,这个作者的漫画有一个特点,和其他用黑白来表现亮度的漫画不同,比村用的是蓝白色调表现。看到这个动画的时候,我在考虑,能不能用一种处理方式,把动画做成漫画那种色调的效果。

思路是很简单的,先拿比村奇石的漫画原作来分析,假设表示同一亮度的像素的 RGB 值是一样的,这样就能得到一个从 YUV 的 Y 通道到 RGB 的映射。结果大概是这样(Y 和 RGB 的范围都是 0 到 255):

R = Y > 85 ? ((Y - 85) / 255 * 340) : 0;
G = Y;
B = Y > 135 ? 255 : Y + 120;

然后要对每个像素都处理。也就是一个很大的循环,然后 1920x1080 个像素全部按照上面的算一次。只是解码然后转成 RGB 进行上面的处理再转回 YV12(不包含拿去编码),速度不到30帧每秒(没有使用 SIMD 指令集)。

因为处理过程每个像素互不影响,如果能以非常多的线程同时运行,那么可以大大加快速度。这种事情是GPU擅长的,所以就思考着用 OpenCL 做这样的运算,看看能有多块的速度。

OpenCL 原始接口实在是太麻烦了,看着就让人提不起干劲。于是往上搜了一圈,找了一个叫做 EasyCL 的库来。它对 OpenCL 原始接口进行封装,然后就能以简洁得多的方式来调用 OpenCL。EasyCL 在编译过程中需要 OpenCL 的头文件和库。到 Intel、Nvidia、AMD 网站看了一圈,感觉 SDK 都好大好麻烦。然而我在自己系统文件夹下看到了 OpenCL.DLL,它的导出函数也和头文件里能对应上。于是就到 GitHub 上直接找 KhronosGroup 发的 OpenCL 的头文件(这里:https://github.com/KhronosGroup/OpenCL-Headers),下下来以后编译能过了。LIB 文件就通过链接的时候报错信息中找不到的那些符号,自己造一个(用这个文章里提到的自制工具)。通过了链接以后,得到了 EasyCL.DLL 和 EasyCL.LIB。

然后利用以下简单的函数就能调用 OpenCL 进行运算了:

EasyCL::isOpenCLAvailable() 可以判断系统能不能调用 OpenCL
EasyCL::createForFirstGpu() 可以创建一个 CL 对象
EasyCL::buildKernelFromString() 可以从源代码字符串创建一个 CL 程序,需要指定入口函数名,Option 是干嘛用的不知道不过可以送一个空字符串进去
CLKernel::in() 可以送从内存拷到显存的参数进去
CLKernel::out() 可以送从显存拷到内存的参数进去,这两个送参数的函数,有些类型是不支持的。不过既然都是指针,可以转成它认的那种指针送进去(数组大小记得也要根据类型的变化而变化)
CLKernel::run_1d() 可以运行程序。两个参数分别是一共有多少任务,然后一次运行多少个任务。前者要是后者的倍数否则它要报错,一次最多能运行多少任务可以通过 EasyCL::getMaxWorkgroupSize() 来获取。

解释一下什么叫“一共多少任务、一次运行多少任务”。比如这个视频是 1920x1080 的,那么一共有 2073600 个像素点,每个像素处理一次的话就一共有 2073600 个任务。通过调用函数得知一次能运行 1024 个任务,那么就可以送 2073600 和 1024 作为参数到 run_1d 函数里去(因为 2073600÷1024 能整除、没有余数)。然后在 OpenCL 代码里用 get_global_id(0) 获取当前是第几个任务,根据任务的编号来决定要做什么任务。(在本文中,编号就是“第几个像素”)

这个库在出现错误的时候,会抛异常给你而不是返回错误码或者什么的。所以要做好异常捕捉,不然异常抛出来程序没捕捉、程序就崩了。

改成用 GPU 处理之后,处理速度从原来的每秒 30 帧不到变成了现在接近 90 帧。效果还是很明显的。

P.S. 从QQ群内聊天得知,微软有个 DirectCompute 能做类似的事情。还有个关键字是 C++ AMP,可以直接在编译时生成拿到 GPU 上跑的代码,需要 DirectX 11 支持。

VC++里4、8、12和16字节的成员指针

背景信息简单提一下……大概就是有两次被这事情坑了,我一直以为它只是一个普通指针的大小,32位下是4字节。

第一次,是在前一家公司的时候,遇到一个应用场景,一个头文件需要同时在C和C++里用,里面存有一个成员函数的指针,和void*一起放在union里,是专门给C++用的;C的话这个地方就用条件编译语句换成单个void*。结果是我离开项目组之后,后面用到这段代码的人发现这个成员指针有的时候比void*大。但是那个时候已经不在组里了,也不知道具体那边应用场景是啥样,最后简单把void*替换成char[32]了事,更多的也没在意。

第二次,是在现在这家公司的时候,有个同事在某个头文件里定义的类里面包含了另一个类的成员函数指针,结果这个头文件在两个不同的cpp文件里包含,这个类的大小是不一样的……访问成员变量的时候偏移也不同,数据就坏了。但是cpp里头文件包含的顺序调换一下就能好……同事说是那个成员函数指针的大小会不同,不过那会儿工作有点忙,结果是没放在心上,后来就忘了这事儿了。

最后一次是网友Advance在代码开了最高警告级别的时候,有一个成员指针被报没有对齐到16字节边界,然后就怀疑这个指针的大小。我突然想起之前同事的代码在不同文件访问变量所用的偏移不同的事情,就打算简单调查一下。

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VC++中多重继承的指针转换

C++是支持多重继承的。不是像其他一些面向对象语言那样是“一个类实现多个接口”,而是真的多重继承。C++又是能从源代码生成机器码的语言,这种情况下,就要使得 在某个类的指针上调用对象的方法或访问成员变量(不管这个指针指向的就是这个类或者是这个类的子类)都能用同样的机器码实现,就会出现同一个对象,在用不同类型的指针表示它的时候,指针变量保存的地址会不同。它是把一个这样的对象分成几个部分,每个部分都是一个完整的父类型代表的对象,这样当父类型指向对应部分的时候,就能够完全像对待父类型的对象那样对待它。比如有类A和B,然后C同时继承了A和B,那么在C对象的内存空间里,就会有一块可以用A*指,还有另一块可以用B*指。

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WDK编译boost(1.34.1)::regex

Windows Driver Kit里面的STL库啊啥的,基本是停留在VC6时代。不过也有一个好处,可以链接到msvcrt.dll、msvcp60.dll,因为这两个文件大家都有,所以可以减小最后生成的可执行文件的体积。然后比起VC6.0,WDK可以直接从微软那边下载来,而VC6直到最后也没像2005、2008、2010、2012、2013那样有个Express的免费版啥的。于是如果想自己弄了简单的小东西如果想要体积小、要链接到msvcrt.dll,感觉WDK是一个挺好的选择……

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WDK编译boost(1.34.1)::regex

Windows Driver Kit里面的STL库啊啥的,基本是停留在VC6时代。不过也有一个好处,可以链接到msvcrt.dll、msvcp60.dll,因为这两个文件大家都有,所以可以减小最后生成的可执行文件的体积。然后比起VC6.0,WDK可以直接从微软那边下载来,而VC6直到最后也没像2005、2008、2010、2012、2013那样有个Express的免费版啥的。于是如果想自己弄了简单的小东西如果想要体积小、要链接到msvcrt.dll,感觉WDK是一个挺好的选择……

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WindowsDDK里用std::wstring的问题

今天晚上尝试帮某网友制作一个伪春菜的插件,能够检查两次调用过程中剪贴板里面的东西有没有变化(用GetClipboardSequenceNumber函数)和获取剪贴板里的内容(EnumClipboardFormats和GetClipboardData)。这里都不是重点,重点是我用了 这一篇博客 里面提到的CSaori库来编写。这个库里面的字符是wchar_t类型,这很好,也用了std::basic_string<wchar_t>(其实就是std::wstring),这也很好。不好的地方在于,我为了减小最终DLL的体积、用Windows Driver Kit里面的编译器来编译程序使得动态链接到运行库的时候,报错了。

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WindowsDDK里用std::wstring的问题

今天晚上尝试帮某网友制作一个伪春菜的插件,能够检查两次调用过程中剪贴板里面的东西有没有变化(用GetClipboardSequenceNumber函数)和获取剪贴板里的内容(EnumClipboardFormats和GetClipboardData)。这里都不是重点,重点是我用了 这一篇博客 里面提到的CSaori库来编写。这个库里面的字符是wchar_t类型,这很好,也用了std::basic_string<wchar_t>(其实就是std::wstring),这也很好。不好的地方在于,我为了减小最终DLL的体积、用Windows Driver Kit里面的编译器来编译程序使得动态链接到运行库的时候,报错了。

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MinGW-GCC不支持通配符,make大法好

之前在公司做某个自动测试工具的时候,考虑到程序的灵活性,用了LUA作流程控制(嗯……结果到最后还被技术总监批评了,说工具本来很简单的被搞得复杂了,开始有各种奇怪的依赖了,有欠考虑)。这就需要编译LUA,但是当时公司的VisualStudio可能是配置不正确或者其他什么原因,VS的命令提示符打不开,我也懒得去修,最后用了GCC。装的是TDM-GCC 64位版。

然后呢就遇上了一个比较麻烦的问题:这个版本的GCC不支持通配符。平时我自己用的都是32位版本,新买的电脑虽然装的是64位系统但是一个是没买多久、一个是还没开发过64位程序,所以没搞过64位编译器。现在要编译出来DLL可能要给64位的C#程序调用,所以需要64位的编译器。然后它不能 gcc -shared -olua.dll *.c:出错信息说找不到叫做*.c的文件。以前一直用的32位编译器,对于这样的命令行都能正常运行的……

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数据结构之红黑树

红黑树本来来说应该是本科数据结构教学的内容,我当年领到的教科书上也有。但是因为抓得不严,总之最后是不了了之,连有没有教过都忘记了,自己也没有去学。现在过了这么多年,开始找工作了,发现有些公司似乎挺爱问这个的,关于STL的实现我原先一直以为map是靠AVL树实现的,具体是什么书上看来的我也忘记了。只是现在知道了它其实是红黑树也无济于事,因为完全没有去了解过它,一问三不知。现在就突然想起来,想要补一下这方面的知识。

在搜索引擎上面找了一通以后,发现国内的资料基本就那么几个版本,大家抄来抄去,一上来就跟你讲红黑树的性质,为什么这样、这么来的,只字不提。看着实在也很让人郁闷。把这些性质啥的全部硬记下来,然后写一写再体会也不是说就不是办法,但是个人比较讨厌。于是就想上网去找外国人写的教学。Bing搜索的英语版搜red-black tree tutorial这个关键词,然后就找了 http://eternallyconfuzzled.com/tuts/datastructures/jsw_tut_rbtree.aspx 这个来看。在我搜索的时候,这个是第一个结果。点进去看了也是比较容易理解,就决定用这个来学了。最终学习了它的Bottom-up insertion和Top-down deleteion两种操作。

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