SSE图像算法优化系列2-高斯滤波

PS

这篇文章似乎写歪了啊,因为我测试SSE优化的代码,发现和原始版本的C代码速度是一致?不知道是有什么核心的地方没注意到?我再研究研究吧。

前言

本算法的原理以及优化过程都是偷师ImageShop,也可以把这篇文章理解为https://www.cnblogs.com/Imageshop/p/6376028.html 这篇文章的一篇阅读总结。

原理

首先,高斯滤波是可以用递归算法来实现的。这最早见于《Recursive implementation of the Gaussian filter》论文中:
在这里插入图片描述在forward的过程中,n是递增的,所以,我们在进行forward之前将in数据复制给w,然后上式即可变形为:
w [ n ] = B w [ n ] + ( b 1 w [ n − 1 ] + b 2 w [ n − 2 ] + b 3 w [ n − 3 ] ) / b 0 w[n]=Bw[n]+(b_1w[n-1]+b_2w[n-2]+b_3w[n-3])/b_0 w[n]=Bw[n]+(b1w[n1]+b2w[n2]+b3w[n3])/b0-------(1a)。
同理backward过程中n是递减的,因此在backward前将w的数据完整的拷贝到out中,则式9b则变为:
o u t [ n ] = B o u t [ n ] + ( b 1 o u t [ n + 1 ] + b 2 o u t [ n + 2 ] + b 3 o u t [ n + 3 ] ) / b 0 out[n] = B out[n] + (b_1out[n+1] + b_2out[n+2] + b_3 out[n+3]) / b0 out[n]=B

### SSE指令集实现高斯模糊算法 对于图像处理或数据平滑应用中的高斯滤波器,利用SSE(Streaming SIMD Extensions)指令集能够显著提升计算效率。通过并行化操作,可以在单次CPU周期内完成多个浮点运算。 #### 高斯核构建 首先定义一个二维高斯分布作为卷积核: \[ G(x,y)=\frac{1}{2 \pi \sigma^{2}} e^{-\left(\frac{x^{2}+y^{2}}{2 \sigma^{2}}\right)} \] 其中 \( \sigma \) 是标准差参数,决定了模糊程度。为了简化计算,在实际编程中通常预先计算好离散化的权重矩阵[^1]。 #### 使用SSE优化卷积过程 当对一幅大尺寸图片执行逐像素的高斯加权平均时,如果采用传统串行方式,则会非常耗时。而借助于SSE技术,可以一次性加载四个相邻像素值到XMM寄存器里,并同时乘上对应的高斯系数向量。这样不仅减少了内存访问次数,还加快了算术逻辑单元(ALU)的工作速度。 下面是一个简单的C++代码片段展示如何运用SSE来加速水平方向的一维高斯模糊: ```cpp #include <immintrin.h> void applyHorizontalGaussianBlur_SSE(float* src, float* dst, int width, int height, const float weights[]) { __m128 w0 = _mm_loadu_ps(&weights[0]); // Load first four elements of the weight array for (int y = 0; y < height; ++y) { for (int x = 0; x <= width - 4; x += 4) { // Load four consecutive pixels from source image __m128 p = _mm_loadu_ps(src + y * width + x); // Multiply by corresponding weights using packed single precision floating-point multiply operation __m128 result = _mm_mul_ps(p, w0); // Store results back to destination buffer _mm_storeu_ps(dst + y * width + x, result); } // Handle remaining pixels outside main loop... } } ``` 此段程序仅展示了部分核心概念;完整的解决方案还需要考虑边界条件、多通道颜色空间转换等问题。此外,垂直维度上的相似变换也需要单独编写类似的函数来进行处理。
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