GPUImage原理

Posted 2020-10-01 沉江小鱼

GPUImage是一个开元的基于GPU的图片或视频的处理框架，其本身内置了多达120多种常见的滤镜效果，并且支持照相机和摄像机的实时滤镜，并且能够自定义图像滤镜。

美颜的基本概念

OpenGL ES:开源嵌入式系统图形的处理框架，一套图形与硬件接口，创造了软件与图形加速间灵活强大的底层交互接口。用于把处理好的图片显示到屏幕上。

GPU:(图形处理单元)手机或者电脑用于图像处理和渲染的硬件。

GPU工作原理：CPU指定显示器工作，显示控制器根据CPU的控制到指定的地方去取数据和指令，目前的数据一般是从显存里取，如果显存里存不下，则从内存里取，内存也放不下，则从硬盘里取。

滤镜处理的原理：就是把静态图片或者视频的每一帧进行图形变化后在显示到屏幕上，其本质就是像素点的坐标和颜色的变化。

OpenGL ES程序处理图片的步骤：

1.初始化OpenGL ES 环境，编译、链接顶点着色器和片元着色器。

2.缓存顶点、纹理坐标数据，传送图像数据到GPU

3.绘制图元到特定的帧缓存；

4.在帧缓存去除绘制的图像。

GPUImage基本概念

GPUImage是采用链式方法来处理画面，通过addTarget方法添加对象到链中，处理完一个target，就会吧上一个环节处理好的图像数据传递到下一个target处理，成为GPUImage处理链。

GPUImage的四大输入基础类，都可以作为响应链的起点，这些基础类会把图像作为纹理传给OpenGL ES处理，然后把纹理传递给响应链的下一个target对象。

GPUImage的处理环节

source(视频，图片源)->filter(滤镜)->final target(处理后的视频、图片)

source:

GPUImageVideoCamera 摄像头-用于实时拍摄视频

GPUImageStillCamera 摄像头-用于实时拍摄照片

GPUImagePicture 用于处理已经拍摄好的图片

GPUImageMovie 用于处理已经拍摄好的视频

filter

GPUImageFilter:就是用来接收源图像，通过自定义的顶点，片元着色器来渲染新的图像，并在绘制完成后通知响应链的下一个对象。

GPUImageFramebuffer:就是用来管理纹理缓存的格式与读写帧缓存的buffer。

GPUImage的filter：GPUImageFilter类或者子类，这个类继承自GPUImageOutput,遵循GPUImageInput协议，既可以流进数据，又可以流出GPUImage的final target： GPUImageView,GPUImageMovieWriter最终输入目标，显示图片或者视频。

解析

GPUImageVideoCamera

GPUImageVideoCamera是GPUImageOutput的子类，提供来自摄像头的图像数据作为源数据，一般是响应链的源头。

1.视频图像采集：AVCaptureSession

GPUImage使用AVFoundation框架来获取视频。AVCaptureSession类从AV输入设备的采集数据到指定的输出。

具体使用看上一篇。

2.颜色空间：YUV

YUV是被欧洲电视系统索采用的一种颜色编码方法。采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像，彩色电视采用YUV空间正式为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽。

GPUImage中的YUV

GLProgram *yuvConversionProgram：将YUV颜色空间转换成RGB颜色空间的GLSL。
CVPixelBufferGetPlaneCount：返回缓冲区的平面数。

CVOpenGLESTextureCacheCreateTextureFromImage()：
创建两个纹理luminanceTextureRef(亮度纹理)和chrominanceTextureRef(色度纹理)。
convertYUVToRGBOutput()：把YUV颜色空间的纹理转换成RGB颜色空间的纹理。

顶点着色器-通用kGPUImageVertexShaderString

片元着色器：

1.kGPUImageYUVFullRangeConversionForLAFragmentShaderString

2.kGPUImageYUVVideoRangeConversionForLAFragmentShaderString

　　纹理绘制

glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glGenTextures(1, &_texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, _texture);

　　GPUImageView是响应链的终点，用于显示GPUImage图像

1.填充模式

GPUImageFillModeType fillMode图像的填充模式。

sizeInPixels 像素区域的大小

recalculateViewGeometry 重新计算图像顶点位置数据

AVMakeRectWithAspectRatioInsideRece 在保证宽高比不变的前提下，得到一个尽可能大的矩形。

 

---未完