Opencv(C++)学习 TBB与OPENMP的加速效果实验与ARM上的实践(一)

原创已于 2024-01-31 11:57:34 修改 · 1.8k 阅读

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#opencv #c++ #学习

于 2024-01-26 15:47:35 首次发布

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本文描述了一个在嵌入式项目中，通过对比使用OPENMP和TBB进行图像滤波操作的多线程加速效果，发现两者与基础多线程性能接近，且代码编写相对简单。实验结果表明数据独立性可能影响性能，强调了数据独立性的优化重要性。

背景：在某个嵌入式上的图像处理项目功能开发告一段落，进入性能优化阶段。尝试从多线程上对图像处理过程进行加速。经过初步调研后，可以从OPENMP，TBB这两块进行加速，当前项目中有些算法已采用多线程加速，这次主要是对比以上两个加速模块与多线程加速效果的对比。现在PC上实验，然后再移植相关库。

环境准备：WIN11 ,VS2022 ,Debug 64
1、编译OPENCV。
经测试，编译过程是否选择TBB,MP相关选项对加载对应库和使用不影响。
2、安装TBB。(https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/tools/oneapi/base-toolkit-download.html)
VS配置之打开相关模块。
打开TBB支持
打开openmp支持

对比过程：实验对比的对象包括：
1、基础FOR循环。
2、多线程。
3、原数据相同的TBB。
4、原数据独立的TBB。
5、原数据相同的OPENMP;
6、原数据独立的OPENMP；
测试数据为960*600的图像，测试内容为对该图进行大尺寸滤波操作。

测试代码：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <omp.h>
#include <future>
#include <thread>
#include <tbb/parallel_for.h>
#include <tbb/blocked_range.h>

int main()
{
    const static int iCnt = 50;//循环次数
    Mat imori = imread("ori.png");
    cvtColor(imori, imori, COLOR_BGR2GRAY);
    Mat imoriMt, imoriMP, imoriTbb, imoriAMP[iCnt], imoriATBB[iCnt];
    imori.copyTo(imoriMt);
    imori.copyTo(imoriMP);
    imori.copyTo(imoriTbb);

    for (size_t i = 0; i < iCnt; i++)
    {
        imori.copyTo(imoriAMP[i]);
        imori.copyTo(imoriATBB[i]);
    }
    Mat imRslt[iCnt], imRsltMt[iCnt], imRsltMP[iCnt], imRsltAMP[iCnt],imRsltTbb[iCnt], imRsltATBB[iCnt];

    std::vector<std::future<void>> vFutures(iCnt);

    double start1 = omp_get_wtime();
    {
        for (int i = 0; i < iCnt; i++)
        {
            Mat kealMN = Mat::ones(25, 25, CV_32F);
            filter2D(imori, imRslt[i], CV_32F, kealMN, Point(-1, -1), 0, BORDER_REFLECT_101);
        }
    }
    double end1 = omp_get_wtime();
    cout << " cv Normal Time = " << (end1 - start1) << endl;

    double startMt = omp_get_wtime();
    int i = 0;
    for (auto iter = vFutures.begin(); iter != vFutures.end(); iter++, i++)
        *iter = std::async([](cv::Mat* imRslt, Mat imori, int i) {Mat kealMN = Mat::ones(33, 33, CV_32F); filter2D(imori, imRslt[i], CV_32F, kealMN, Point(-1, -1), 0, BORDER_REFLECT_101); }, imRsltMt, imoriMt, i);
    for (auto iter = vFutures.begin(); iter != vFutures.end(); iter++)
        iter->get();
    double endMt = omp_get_wtime();
    cout << " cv MThread Time = " << (endMt - startMt) << endl;


    double startMP = omp_get_wtime();
#pragma omp parallel num_threads(iCnt)
    {
#pragma omp for
        for (int i = 0; i < iCnt; i++)
        {
            Mat kealMN = Mat::ones(33, 33, CV_32F);
            filter2D(imoriMP, imRsltMP[i], CV_32F, kealMN, Point(-1, -1), 0, BORDER_REFLECT_101);
        }
    }
    double endMP = omp_get_wtime();
    cout << " cv MP Time = " << (endMP - startMP) << endl;



    double startAMP = omp_get_wtime();
#pragma omp parallel num_threads(iCnt)
    {
#pragma omp for
        for (int i = 0; i < iCnt; i++)
        {
            Mat kealMN = Mat::ones(33, 33, CV_32F);
            filter2D(imoriAMP[i], imRsltAMP[i], CV_32F, kealMN, Point(-1, -1), 0, BORDER_REFLECT_101);
        }
    }
    double endAMP = omp_get_wtime();
    cout << " cv AMP Time = " << (endAMP - startAMP) << endl;



    double startTbb = omp_get_wtime();
    tbb::parallel_for(tbb::blocked_range<size_t>(0, iCnt),
        [&](tbb::blocked_range<size_t> r) {

        for (size_t i = r.begin(); i < r.end(); i++)
        {
            Mat kealMN = Mat::ones(33, 33, CV_32F);
            filter2D(imoriTbb, imRsltTbb[i], CV_32F, kealMN, Point(-1, -1), 0, BORDER_REFLECT_101);
        }
    });
    double endTbb = omp_get_wtime();
    cout << " cv Tbb Time = " << (endTbb - startTbb) << endl;


    double startATbb = omp_get_wtime();
    tbb::parallel_for(tbb::blocked_range<size_t>(0, iCnt),
        [&](tbb::blocked_range<size_t> r) {

        for (size_t i = r.begin(); i < r.end(); i++)
        {
            Mat kealMN = Mat::ones(33, 33, CV_32F);
            filter2D(imoriATBB[i], imRsltATBB[i], CV_32F, kealMN, Point(-1, -1), 0, BORDER_REFLECT_101);
        }
    });
    double endATbb = omp_get_wtime();
    cout << " cv Atbb Time = " << (endATbb - startATbb) << endl;
        getchar();
    return 0;
    }

实验结果：
处理结果

实验结论：
1、OPENMP,TBB可以有效对并行处理进行加速，其效果与多线程处理基本持平。
2、OPENMP,TBB的优势在于代码编写相对简单，也不用考虑线程数的设置。
3、OPENMP,TBB的基础数据独立与否，对测试速度基本不影响(待定，有的同学说会导致各线程等待访问同一数据，引起耗时增加)，也可能和PC的性能较好有关。但尽量去保证数据独立性，避免处理结果错误。

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