逐行或整个图像读取一系列图像以获得性能？

Question

我正在编写一个应用程序，它对目标进行一系列曝光并计算它们的平均值并保存生成的图像。该技术广泛用于天文摄影，以减少最终图像中的噪点。基本上，计算像素的平均值并在输出文件中写出值。

曝光次数可能非常高，从 20 到 30（有时甚至更多），而且使用当今的大型 CCD 传感器，分辨率也可能非常高。所以数据量可能非常非常大。

我的问题是，在性能方面，我应该逐行读取图像（方法#1）还是应该读取所​​有数组的整个图像数组（方法#2）？使用前一种方法，我将不得不加载每个相应的行。所以，如果我有 10 张图像并且我正在读取第 1 行 - 我将不得不从每张图像中读取第一行，计算它们的平均值并写出该行。

使用后一种方法，我完整读取所有图像，计算并写出整个图像。

理论上，后一种方法应该更快，但更占用内存。然而，在实践中，我发现性能差异并不大，这令人费解。最多，方法#2 只比方法#1 快2 到3 秒。但是，方法 #2 使用高达 1.3 GB 的内存来存储 24 个 8 兆像素的图像。另一方面，方法 #1 最多使用 70MB。平均而言，这两种方法都需要大约 20 秒来处理 24 张 8 兆像素的图像。

我是用 Objective-C 编写的，在调用 CFITSIO 时加入了大量的 C。

这是方法#1：

pixelRows = (double**)malloc(self.numberOfImages * sizeof(double*)); //alloc. pixel array.
for(i=0;i<self.numberOfImages;i++)
{
    pixelRows[i] = (double*)malloc(width*sizeof(double));
}
apix = (double*)malloc(width*sizeof(double));
for(firstpix[1]=1;firstpix[1]<=size[1];firstpix[1]++)
{
    [self gatherRowsFromImages:firstpix[1] withRowWidth:theWidth thePixelMap:pixelRows];
    [self averageRows:pixelRows width:width theAveragedRow:apix];
    fits_write_pix(outfptr, TDOUBLE, firstpix, width,apix, &status);
    //NSLog(@"Row %ld written.",firstpix[1]);
}

fits_close_file(outfptr,&status);
NSLog(@"End");
if(!status)
{
    NSLog(@"File written successfully.");
}
for(i=0;i<self.numberOfImages;i++)
{
    free(pixelRows[i]);
}
free(pixelRows);
free(apix);

这是方法#2：

imageArray = (double**)malloc(files.count * sizeof(double*));
for(i=0;i<files.count;i++)
{
    imageArray[i] = (double*)malloc(size[0] * size[1] * sizeof(double));
    fits_read_pix(fptr[i],TDOUBLE,firstpix,size[0] * size[1],NULL,imageArray[i],NULL,&status);
    //NSLog(@"%d",status);
}
int fileIndex;

NSLog(@"%d",files.count);
apix = (double*)malloc(size[0] * size[1] * sizeof(double));
for(i=0;i<(size[0] * size[1]);i++)
{
    apix[i] = 0.0;
    for(fileIndex=0;fileIndex<files.count;fileIndex++)
    {
        apix[i] = apix[i] + imageArray[fileIndex][i];
    }
    //NSLog(@"%f",apix[i]);
    apix[i] = apix[i] / files.count;
}

fits_create_file(&outfptr,[outPath UTF8String],&status);
fits_copy_header(fptr[0],outfptr,&status);
fits_write_pix(outfptr, TDOUBLE, firstpix, size[0] * size[1],apix, &status);
fits_close_file(outfptr,&status);

对此有什么建议吗？我是否期望通过完整阅读每张图片来获得太多收益？

Answer 1

我总是采用逐行方法，因为它是可扩展的。它也可能更快，因为内存占用更小，这意味着无需将任何程序换出到磁盘上，只为你的内存消耗工具。

此外，为了优化逐行方法，您还应该考虑每 8 行（或其他数字）读取图像。例如。 JPEG 存储在 8x8 块中，因此读取少于 8 行将毫无意义。当然，这取决于您使用的图像格式和库。

关于 cpu 使用缓存内存还有其他注意事项。经常使用的内存位置不必移动到“慢”内存，但可以更靠近 cpu。有几个级别的缓存，它们的大小因 CPU 类型而异。 （在撰写本文时，其中最大的通常为 8 或 16 mb）

要考虑的另一件事是执行实际平均的代码。调整这个也会收获很多，特别是对于你正在做的那种操作，看看 SSE 和相关主题。同样使用整数计算可能会击败浮点运算。使用移位进行除法也可能比真正的除法更快，但它只允许您除以 2^n。