對(duì)于圖像處理算法中的其他參數(shù)，如果數(shù)據(jù)量很小，則可以直接通過接口函數(shù)進(jìn)行設(shè)置；如果參數(shù)比較多，也應(yīng)該將其打包為紋理的形式傳輸給GPU。在打包的過程中應(yīng)充分利用紋理圖像所具有的R、G、B、A四個(gè)通道。

計(jì)算結(jié)果的反饋、保存

　　應(yīng)用程序是通過調(diào)用3D API繪制帶紋理的四邊形，激活GPU上的片段程序進(jìn)行圖像處理的，而GPU片段著色器的直接渲染輸出是一個(gè)幀緩沖區(qū)，它對(duì)應(yīng)著計(jì)算機(jī)屏幕上的一個(gè)窗口，傳統(tǒng)上用來容納要顯示到屏幕的像素，但是在GPU流式計(jì)算中可以用來保存計(jì)算結(jié)果。雖然CPU可以通過3D API直接讀寫這個(gè)幀緩沖區(qū)，將渲染處理的結(jié)果從幀緩存中復(fù)制到系統(tǒng)內(nèi)存進(jìn)行保存，但是幀緩存的大小受窗口大小限制，而且由于AGP總線的帶寬限制（2.1GB/s），從顯存到系統(tǒng)內(nèi)存的數(shù)據(jù)回讀操作效率低下。對(duì)于大幅影像的處理應(yīng)用是顯然不適合的，特別是在中間計(jì)算結(jié)果的保存反饋時(shí)，采用幀緩存方式將成為制約GPU性能發(fā)揮的最主要瓶頸。

　　針對(duì)以上問題，筆者利用離線渲染緩存Pbuffer作為輸出緩存。Pbuffer是OpenGL1.3版本的WGL_ARB_pbuffer擴(kuò)展提供的輸出緩存，它通過在顯存中開辟一個(gè)不可見的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，取代幀緩存來保存片段處理器的輸出結(jié)果。如果這個(gè)結(jié)果只是中間計(jì)算數(shù)據(jù)，還可以采用渲染到紋理的技術(shù)，把Pbuffer中的數(shù)據(jù)綁定到一個(gè)紋理，供下一遍繪制的片段程序取用，減少數(shù)據(jù)在顯存和系統(tǒng)內(nèi)存之間的傳輸，實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)流在GPU芯片內(nèi)部的流轉(zhuǎn)，顯著提高數(shù)據(jù)的反饋速度。特別是在需要GPU反復(fù)執(zhí)行的情況下，可以構(gòu)造兩個(gè)Pbuffer，交替的作為輸入或輸出紋理使用，產(chǎn)生所謂的“Ping-Pong”方法，有效避免中間計(jì)算結(jié)果的回讀操作。

圖像卷積運(yùn)算的GPU并行化試驗(yàn)

　　卷積運(yùn)算是一種常見的數(shù)字圖像處理局部運(yùn)算，通過選擇不同的卷積核，可以實(shí)現(xiàn)不同的圖像處理效果。圖像卷積運(yùn)算定義為：

式中，為卷積運(yùn)算以后的圖像；為待處理的圖像；為卷積核；T為常數(shù)，當(dāng)卷積核中所有系數(shù)之和不為零時(shí)，T等于所有系數(shù)之和，否則等于1。

試驗(yàn)平臺(tái)與數(shù)據(jù)

　　硬件平臺(tái)為： Intel Core 2 2.0GHz CPU，1GB系統(tǒng)內(nèi)存，NVIDIA公司的GeForce G0 7400 GPU， 512MB顯存。

　　軟件平臺(tái)：Windows XP操作系統(tǒng)，CPU程序開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual C++2005，三維繪制接口為OpenGL及其擴(kuò)展庫WGL_ARB_pbuffer，GPU程序開發(fā)語言為Cg。

　　所采用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有兩組，如圖2所示：

　　第一組為：截取的新加坡部分地區(qū)QucikBird衛(wèi)星影像，大小為（像素）；

　　第二組為：截取的黃河小浪底部分地區(qū)Spot4衛(wèi)星影像，大小為（像素）。

試驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)記錄

　　為了進(jìn)行多組數(shù)據(jù)的對(duì)比試驗(yàn)，首先對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過裁減獲得大小分別為2048×2048、1024×1024、521×512、256×256、128×128的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　以經(jīng)過預(yù)處理的10幅不同大小的圖像進(jìn)行卷積運(yùn)算對(duì)比試驗(yàn)，分別運(yùn)行卷積平滑和卷積銳化的CPU和GPU程序，并記錄處理時(shí)間。試驗(yàn)所用的平滑卷積核h1為式(2)，銳化卷積核h2為式(3)：

　　圖3所示為圖像數(shù)據(jù)二512×512的平滑和銳化試驗(yàn)的處理結(jié)果，圖4為GPU加速效率對(duì)比圖。