Максим Решетей

ведущий iOS разработчик

Coub

Наложение видеоэффектов с OpenGL ES 2.0 with Shaders

1

2

Что такое Coub- Короткие зацикленные видео-ролики со звуком

- Источники: камера, Youtube, Vimeo

- Шеринг в социальные сети

3

Повседневные задачи- Гибкая архитектура

- Обработка данных (download/upload)

- Сложные интерфейсы

- Видео/аудио обработка

4

Обработка видеоProcess

Process

Process

Process5

Виды цифровой обработки

6

- Распознавание образов/текста

- Задачи классификации

- Нейронные сети

- Геометрические преобразования

- Цветовая коррекция

- Наложение эффектов

Обработка изображения

ДЛЯ каждой точки

Color(x, y) = A(x, y)

где A - выбранный алгоритм

0 N

0

N

7

0

N

0 N

Осветление

ДЛЯ каждой точки

RGB = R+С, G+С, B+С

где С - константа

8

Ч/б фильтр

ДЛЯ каждой точки

RGB = (R+G+B)/3

0

N

0 N

9

Другие популярные фильтрыPixelation Posterization

10

Другие популярные фильтрыHDR Blur

11

Блюр в Coub iOS

12

Размытие по Гауссу (блюр)

где

x, y - координаты точки изображения (пикселя)

𝞼 - стандартное отклонение распределения Гаусса (радиус блюра)

G(x, y) = 12πσ 2

e− x

2+y2

2σ 2

13

Размытие по Гауссу- Вершина колокола - обрабатываемый пиксель

- Значение пикселя - средне-взвешенное значение по окрестности

- Учитываются только пиксели в районе 3𝞼 (правило трех сигм)

14

Размытие по Гауссу, общий алгоритм

1. Построение матрицы свертки размером 3𝞼

2. ДЛЯ каждой точки изображения

Вычисляем средне-взвешенное значение цвета точки по окрестности, используя матрицу свертки.

Note: На практике используют массив вместо матрицы, для достижения O(n)

15

ШАГ 1 - Построение матрицы свертки A

- A[x,y] =

- Размер матрицы 7x7 (3*2.5)

- Равномерное распределение

0.0000 0.0000 0.0001 0.0003 0.0001 0.0000 0.0000

0.0000 0.0007 0.0065 0.0133 0.0065 0.0007 0.0000

0.0001 0.0065 0.0547 0.1109 0.0547 0.0065 0.0001

0.0003 0.0133 0.1109 0.2250 0.1109 0.0133 0.0003

0.0001 0.0065 0.0547 0.1109 0.0547 0.0065 0.0001

0.0000 0.0007 0.0065 0.0133 0.0065 0.0007 0.0000

0.0000 0.0000 0.0001 0.0003 0.0001 0.0000 0.0000

-3 0 3-2 -1 21

0

-1

-2

-3

1

2

3

12πσ 2

e− x

2+y2

2σ 2

16

ШАГ 2 - Применение матрицы A к точкам изображения I

′I [x, y]=I[x + i, y + j]*A[i, j]

j=0

3σ

∑i=0

3σ

∑3σ *3σ

0 N0

N

0.05 0.11 0.05

0.11 0.22 0.11

0.05 0.11 0.05

A

I I'

0 3𝞼

17

Размытие по Гауссу, эффективность на CPU

Картинка 640x480

Радиус блюра 5=

640x480x15x15 =

70 million operations

Видео 640x480

Радиус блюра 5=

70*30 =

2 billion operations18

Что делать?Hints:

- Полный последовательный перебор всех пикселей

- Вычисления ортогональны, независимы друг от друга

19

CPU vs GPU1 2

3 4

Core

CPU GPU20

GPU- Много параллельных процессоров

- Векторные операции нативно

- Сравнимая с CPU частота

- Сверх-быстрая видео память

*iPhone6’s GPU GX6450 - 300 Giga FLOPS

21

OpenGL ES 2.0- Простой интерфейс

- Прямой доступ к GPU

- Поддержка шейдеров

- Широкое распространение

22

Шейдер- GLSL, C-like language

- Вертексные - для вершин объектов сцены

- Пиксельные - для точек изображения

- Встроенные команды для векторных типов и операций, like vec3 color = vec3(1.0, 1.0, 1.0)*0.5

- Не нужно думать как параллелить выполнение

23

Простейший шейдерvoid main(void) {

gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); }

24

Размытие по Гауссу на GPU

Вычисляем средне-взвешенное значение для пикселя, используя матрицу свертки

Шаг 1 - CPU

Строим матрицу свертки (единичный набор операций)

Шаг 2 - GPU (шейдер)

25

Шейдер размытия по Гауссуvoid main(void) { fragmentColor = texture2D(image, gl_FragCoord)*convolutionMatrix.mid

int kMatrixSize = 3sigma; for (int i = 0; i < kMatrixSize; ++i) { for (int j = 0; j < kMatrixSize; ++j) {

fragmentColor += texture2D(image, gl_FragCoord + vec2(i, j)) * convolutionMatrix[i][j];

} }

gl_FragColor = fragmentColor / (kMatrixSize*kMatrixSize) }

26

Итоги- Рассмотрели теорию цифровой обработки видео и изображений

- Разобрали примеры простейших алгоритмов

- Подробно изучили как работает размытие по Гауссу

- Узнали о способе быстрой реализации алгоритма на GPU с помощью шейдеров

27

coub.com

28

Максим Решетей

ведущий iOS разработчик

Coub

Вопросы?

www.facebook.com/reshetey

maxim.reshetey@gmail.com

29