BitmapSourceでの画像処理速度、unsafe、ポインタ、ビルドモード

アプリダウンロード先

github.com

WPFのBitmapSourceの画像処理速度向上するためにいろいろ試してみた

初めて使ったunsafeでポインタが一番効果があった

 

画像処理の内容は色の反転、RGBそれぞれの値を逆にするだけのもので

50だったら255-50=205にする

単純な軽い処理

 

 

15種類、基準になるのは処理1で

 

結果

ポインタを使ったら1.926秒が0.874秒

約2倍速くなった

 

 

使った画像は

1024ｘ768ピクセル

なぜこの画像を選んだのかｺﾚｶﾞﾜｶﾗﾅｲ

 

PC環境は

OS Windows 10 Home 64bit

CPU AMD PhenomⅡ X3 720 @3.0GHz

メモリ DDR2 PC-800 8GB

っていう組んでから10年目になるパソコン

 

ビルドの設定？

Releaseでx64

 

 

デザイン画面

 

基準になるコードはこれ

private void ColorReverce1()
{
    var wb = new WriteableBitmap(OriginBitmap);
    int w = wb.PixelWidth;
    int h = wb.PixelHeight;
    int stride = wb.BackBufferStride;
    byte[] pixels = new byte[h * stride];
    wb.CopyPixels(pixels, stride, 0);
    long p;
    for (int y = 0; y < h; ++y)
    {
        for (int x = 0; x < w; ++x)
        {
            p = y * stride + x * 4;
            //RGBを反転、アルファ値はそのまま
            pixels[p] = (byte)(255 - pixels[p]);
            pixels[p + 1] = (byte)(255 - pixels[p + 1]);
            pixels[p + 2] = (byte)(255 - pixels[p + 2]);
        }
    }

    wb.WritePixels(new Int32Rect(0, 0, w, h), pixels, stride, 0);
    MyImage.Source = wb;
}

 

 

OriginBitmapが元になる画像でBitmapSource

PixelFormatはPbgra32

これからWriteableBitmapを作ってCopyPixelsからbyte配列を作って

画像処理でRGBを反転、最後に確認用にImageコントロールの

MyImageに表示して完了

これを100回繰り返した時間を計測

なので実際の処理時間は1/100になる

 

時間計測はStopwatch

 

 

↑普通↓ポインタ使用

見た感じだとほとんど一緒だねえ、赤いところがbyte型ポインタ？の変数を使っているところ

 

WriteableBitmapのBackBufferってのからポインタを取得できる

バックバッファーってのは後の画面、処理用の画面ってとこかなあ

対するのはフロント、メインとかで前の画面で実際に見えている画面

処理の途中は見えない後で行って結果だけを表示する感じ

 

ポインタってのはメモリのアドレスみたいな感じ

そのデータの先頭のメモリのアドレス

今回だとbyte型のポインタを使うからbyte* ptrってすると

ptrがbyte型のポインタになるみたいで

配列のインデックスみたいにptr[0]ってすると先頭のアドレスから1byte分のデータになって、ptr[1]だと先頭から1byte分進んだアドレスにある1byte分のデータ

ptr[2]だと先頭から2byte分進んだアドレスにある1byte分のデータ

かなあ

 

WriteableBitmap.Lockメソッドでメモリのロック

OSはメモリに入っているデータを最適な状態にしようと移動しているらしい

ハードディスクのデフラグみたいな感じかしら

処理中に勝手に移動されたら困るから、その対象から一時的に外して移動されないようにするのがWriteableBitmapのLockメソッドで、これを使った後は必ずUnlockメソッドを実行してもとに戻す

 

 

 

ポインタを使う前準備

 

プロジェクトのビルドのモードをunsafeってのにする必要があるみたいで

/unsafe (unsafe モードの有効化) (C#)
https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/ct597kb0%28v=vs.80%29.aspx?f=255&MSPPError=-2147217396

ソリューションエクスプローラーで

アプリの名前あたりを右クリックのメニューでプロパティ

 

プロパティ画面

ビルドタブにあるアンセーフコードの許可にチェックを入れる

これでコードでunsafeってのが使えるようになって

unsafeが使えるとポインタが使えるようになる

もしこうしないでunsafeって書いても

って使えない

最初はこれがなんのことかわからなかった

---

 

 

 

処理2

Pixelsのインデックス計算を少し変更

530行目でp = y * stride + x * 4;

ってしてたのを

527行目とで分けた、少し計算量が減ったはずなんだけどタイムは変わらずだった

1.926秒が1.882秒

 

処理3

処理1のx,yの2重になっていたループを1重ループに変更

1.926秒が1.784秒

1割弱速くなった

ループ処理の合計は同じなんだけど速くなったから

forは減らしたほうがいいみたい

 

 

処理4

処理3のRGBの各値変更のところをforにしたら遅くなった

1.784秒が1.927秒

 

 

処理5

ここからポインタを使用した処理になる

処理1のポインタ版＋ビット反転版

1.926秒が0.786秒

2倍以上速くなった

ビット反転

~を付けるとビット反転

p[0]が0000 0000だったときに~を付けて~p[0]にすると

~p[0]は1111 1111になる

ちょうど色の反転に使えたのでこれも初めて使ってみた

 

処理6

処理5をビット反転じゃなくて普通の引き算版

つまり処理1のポインタ版

1.926秒が0.874秒

画像処理でポインタを使うときはこれが基本になりそう

ビット反転版より遅いけど何回か計測すると逆転することもあったので

普通の引き算もビット反転も変わらないかもと、このときは思っていた

 

処理7

処理6のLockしない版

0.874秒→0.889秒

ほとんど変わらないのでこれは使う意味がない

 

処理8

処理6のパラレル版、yループをパラレルに変更で

0.874秒→0.973秒

なぜか遅くなった

でもこれはもっと重たい画像処理なら処理6より速くなるはず

…だと思う

 

処理9

処理6のx,yでの2重ループを1重ループにしたもの

0.874秒→0.898秒

速くなると思ったけど変わらず、意外

 

処理10

処理9の改変

0.878秒→1.405秒

思った以上に遅くなった

PixelFormat.Pbgra32はアルファ値もあるけど

色反転の処理ではアルファ値は変更したくないのでifで判定して弾いている

その処理が重たいみたい、回数が多いからねえ

でもこれでパラレル版にできる、パラレルなら速くなるはず

 

処理11

処理10のパラレル版

1.405秒→2.209秒

速くなると思ったのに遅くなった、しかもかなり遅い

アルファ値がじゃま、ifをなくしたい

 

処理12

処理11を改変

アルファ値がじゃまならPixelFormatを変更すればいいじゃない

FormatConvertedBitmapを使ってBgr24に変更して

色変反転処理を軽くしたら

2.209秒→1.938秒

速くなったけど…遅い

PixelFormat変換部分が重たいみたい

 

処理13

処理6の改変

0.874秒→1.264秒と遅くなった

処理6ではWriteableBitmapのBackBufferからのポインタだったのを

もとのBitmapSourceからCopyPixelsで得たbyte配列のポインタに変更しただけ

なんだけど遅くなったねえ

CopyPixelsと最後のBitmapSource.Createが重たいのかなあ

 

処理14

処理9のビット反転版

0.898秒→0.723秒

今回試した中で最速になった！

普通の引き算よりビット反転のほうが速いのかなあ

 

処理15

処理8のビット反転版

0.973秒→0.849秒

やっぱりビット反転のほうが速いみたい

 

DebugとReleaseと32bitと64bit

 

 

いつもはDebug＋AnyCPUっていうモードでコードを書いて

 

できたなあってときだけRelease＋x64にしているんだけど

このモードの違いで処理時間がかなり変わるのに気づいた

多少は違うだろうなあと思っていたけど多少じゃなくて

5倍以上差が出るのもあった

できたときはRelease＋x64でいいんだけど、作っている途中はどんな設定にしたらいいのかなあ、いままでビルドの設定を気にしたことなかったからさっぱりわからん

けどCPUもOSも64bitだから32bit優先はないなあ

 

完走した感想

• ポインタ使ったほうが速い
• ビット反転のほうが引き算より速い
• forでのループ総数がおなじなら2重より1重のほうが速い
• 今回みたいに軽い画像処理ならパラレルは使わなくてもいい

 

コード

20180226forMyBlog/20180508_unsafeで画像処理 at master · gogowaten/20180226forMyBlog

 

 

 

 

 

参照したところ

WriteableBitmapの画素をポインタから操作する - schima.hatenablog.com
http://schima.hatenablog.com/entry/20100918/1284817562

今回のコードはこちらを見よう見まねで書いた

 

.NETによる画像処理の高速化Tips：unsafe編（改稿：2015/11/08）
https://qiita.com/Nuits/items/da8c11e5b284ad6cb90a

WPFじゃないけどbyte配列のポインタの使い方はこちらから

 

 

 

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処理速度比較、画像の使用色数を数える、重複なしのリストのHashSetも速いけど配列＋ifも速かった ( ソフトウェア ) - 午後わてんのブログ - Yahoo!ブログ
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