OPenCL 编程指南 中 采样器（opencv 采样）

OpenCL 采样器是用于在内核中读取图像数据的对象。采样器定义了如何对图像进行采样，包括如何处理边界、如何过滤图像和如何处理坐标。采样器可以在内核中被创建和使用，以便读取内存中的图像数据。

OpenCL 采样器有以下属性：

- 归一化坐标：指定是否将坐标规范化为 0 到 1 范围内的值。

- 地址模式：指定如何处理越界访问。

- 过滤模式：指定如何过滤图像数据以获取最终的采样值。

在 OpenCL 内核中，可以通过使用 `CLK_ADDRESS_CLAMP`、`CLK_ADDRESS_CLAMP_TO_EDGE`、`CLK_ADDRESS_REPEAT` 和 `CLK_ADDRESS_MIRRORED_REPEAT` 等地址模式来控制采样器的越界访问行为。此外，还可以使用 `CLK_FILTER_NEAREST` 和 `CLK_FILTER_LINEAR` 等过滤模式来控制如何过滤图像数据。

以下是一个示例代码，展示了如何在 OpenCL 内核中使用采样器来读取图像数据：

```c

__kernel void read_image(__read_only image2d_t input, __global float *output, sampler_t sampler)

{

int2 coord = (int2)(get_global_id(0), get_global_id(1));

float4 pixel = read_imagef(input, sampler, coord);

output[coord.x + coord.y * get_image_width(input)] = pixel.x;

}

```

在上面的代码中，`read_imagef` 函数使用了采样器来读取图像数据，并将其转换为 `float4` 类型的像素值，然后将像素值的第一个分量存储在输出数组中。

在 OpenCL 中，可以使用采样器的地址模式属性来确定边界颜色。地址模式属性指定了当样本坐标超出图像边界时，OpenCL 如何处理。OpenCL 支持以下地址模式：

- CL_ADDRESS_NONE：超出边界时不做处理，返回 0。

- CL_ADDRESS_CLAMP_TO_EDGE：超出边界时，返回最靠近边界的像素值。

- CL_ADDRESS_CLAMP：超出边界时，返回边界颜色。

- CL_ADDRESS_REPEAT：超出边界时，返回从相对位置重新开始的像素值。

- CL_ADDRESS_MIRRORED_REPEAT：超出边界时，返回从相对位置重新开始的像素值，但是相对位置的奇偶性会被反转。

其中 CL_ADDRESS_CLAMP 可以用来确定边界颜色。在这种模式下，当样本坐标超出图像边界时，返回边界颜色。边界颜色可以通过采样器的 border_color 属性来指定。例如，以下代码创建一个采样器并指定边界颜色为白色：

```

cl_sampler sampler = clCreateSampler(context, CL_FALSE, CL_ADDRESS_CLAMP, CL_FILTER_NEAREST, &err);

float border_color[4] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};

clSetSamplerParameter(sampler, CL_SAMPLER_BORDER_COLOR, border_color);

```

在 OpenCL 中，可以使用 clGetImageInfo 函数查询图像对象的信息。该函数的原型如下：

```

cl_int clGetImageInfo(

cl_mem image,

cl_image_info param_name,

size_t param_value_size,

void* param_value,

size_t* param_value_size_ret);

```

其中，image 参数是要查询的图像对象；param_name 参数是要查询的信息类型，可以是以下值之一：

- CL_IMAGE_FORMAT：返回图像的格式信息，包括像素通道顺序、数据类型和每个像素的位数。

- CL_IMAGE_ELEMENT_SIZE：返回每个像素的大小（以字节为单位）。

- CL_IMAGE_ROW_PITCH：返回图像的行大小（以字节为单位），包括填充字节。

- CL_IMAGE_SLICE_PITCH：返回图像的切片大小（以字节为单位），如果图像是 2D 的，则返回 0。

- CL_IMAGE_WIDTH：返回图像的宽度（以像素为单位）。

- CL_IMAGE_HEIGHT：返回图像的高度（以像素为单位），如果图像是 1D 的，则返回 0。

- CL_IMAGE_DEPTH：返回图像的深度（以像素为单位），如果图像是 1D 或 2D 的，则返回 0。

- CL_IMAGE_ARRAY_SIZE：返回图像数组的大小，如果图像不是数组，则返回 0。

- CL_IMAGE_NUM_MIP_LEVELS：返回图像的 mipmap 级别数，如果图像不包含 mipmap，则返回 0。

- CL_IMAGE_NUM_SAMPLES：返回图像的采样数，如果图像不是多重采样的，则返回 0。

param_value_size 参数是 param_value 缓冲区的大小，param_value_size_ret 返回实际写入 param_value 缓冲区的字节数。下面是一个查询图像对象格式信息的例子：

```

cl_image_format format;

clGetImageInfo(image, CL_IMAGE_FORMAT, sizeof(cl_image_format), &format, NULL);

```

这个例子中，查询了图像对象的格式信息，并将结果存储在 format 变量中。

在 OpenCL 中，程序对象（program object）是由编译器生成的二进制代码，用于执行 OpenCL 内核函数。程序对象包含一个或多个内核函数，每个内核函数都是一个独立的执行单元，可以在 OpenCL 设备上并行执行。

内核对象（kernel object）是程序对象中的一个内核函数，它是一个可以在 OpenCL 设备上并行执行的函数。内核对象包含了内核函数的名称、参数信息和执行配置信息。

在 OpenCL 编程中，首先需要创建程序对象，然后将内核函数编译成二进制代码，并将其添加到程序对象中。然后，可以通过程序对象创建内核对象，并设置内核函数的参数。最后，可以将内核对象提交到 OpenCL 设备上执行。

以下是创建程序对象和内核对象的示例代码：

```c

cl_int err;

cl_program program;

cl_kernel kernel;

// 创建程序对象

program = clCreateProgramWithSource(context, 1, &source, NULL, &err);

if (err != CL_SUCCESS) {

// 处理错误

return;

}

// 编译程序对象

err = clBuildProgram(program, 1, &device, NULL, NULL, NULL);

if (err != CL_SUCCESS) {

// 处理错误

return;

}

// 创建内核对象

kernel = clCreateKernel(program, "my_kernel", &err);

if (err != CL_SUCCESS) {

// 处理错误

return;

}

// 设置内核函数参数

err = clSetKernelArg(kernel, 0, sizeof(cl_mem), &input_buffer);

if (err != CL_SUCCESS) {

// 处理错误

return;

}

// 提交内核对象执行

err = clEnqueueNDRangeKernel(queue, kernel, 1, NULL, &global_size, &local_size, 0, NULL, NULL);

if (err != CL_SUCCESS) {

// 处理错误

return;

}

```

在这个示例代码中，首先创建了一个程序对象，然后编译程序对象，创建内核对象，并设置内核函数参数。最后，将内核对象提交到 OpenCL 设备上执行。

好的，下面是一些关于创建和构建程序对象的基本步骤：

1. 创建一个 OpenCL 上下文（context）对象，这个对象可以用来管理 OpenCL 设备和内存等资源。

```c

cl_context context = clCreateContext(NULL, 1, &device, NULL, NULL, &err);

```

2. 创建一个 OpenCL 命令队列（command queue）对象，这个对象可以用来将内核函数提交到 OpenCL 设备执行。

```c

cl_command_queue queue = clCreateCommandQueue(context, device, 0, &err);

```

3. 将 OpenCL 内核函数的源代码编译成二进制代码，并创建程序对象（program object）。

```c

const char* source = "..."; // 内核函数源代码

cl_program program = clCreateProgramWithSource(context, 1, &source, NULL, &err);

```

4. 编译程序对象，生成可执行的二进制代码。

```c

err = clBuildProgram(program, 1, &device, NULL, NULL, NULL);

```

5. 如果编译失败，可以通过以下代码获取编译错误信息：

```c

char buffer[4096];

size_t len;

clGetProgramBuildInfo(program, device, CL_PROGRAM_BUILD_LOG, sizeof(buffer), buffer, &len);

printf("%s\n", buffer);

```

6. 创建内核对象（kernel object），并设置内核函数的参数。

```c

cl_kernel kernel = clCreateKernel(program, "my_kernel", &err);

clSetKernelArg(kernel, 0, sizeof(cl_mem), &input_buffer);

clSetKernelArg(kernel, 1, sizeof(cl_mem), &output_buffer);

```

7. 将内核对象提交到命令队列中执行。

```c

size_t global_size[] = {1024}; // 全局工作项数

size_t local_size[] = {64}; // 局部工作项数

clEnqueueNDRangeKernel(queue, kernel, 1, NULL, global_size, local_size, 0, NULL, NULL);

```

8. 在执行完毕后，可以使用以下代码来获取输出缓冲区中的数据：

```c

float output_data[1024];

clEnqueueReadBuffer(queue, output_buffer, CL_TRUE, 0, sizeof(output_data), output_data, 0, NULL, NULL);

```

以上是一些基本的步骤，具体的实现可能会有所不同，需要根据具体的情况进行调整。

在 OpenCL 中，可以使用二进制码创建程序对象，而不必每次都重新编译源代码。下面是一些关于由二进制码创建程序对象的基本步骤：

1. 将二进制码读入内存中。

```c

FILE* file = fopen("kernel.bin", "rb");

fseek(file, 0, SEEK_END);

size_t size = ftell(file);

rewind(file);

unsigned char* binary = (unsigned char*)malloc(size);

fread(binary, size, 1, file);

fclose(file);

```

2. 创建程序对象，并将二进制码加载到程序对象中。

```c

cl_program program = clCreateProgramWithBinary(context, 1, &device, &size, (const unsigned char**)&binary, NULL, &err);

```

3. 编译程序对象，生成可执行的二进制代码。

```c

err = clBuildProgram(program, 1, &device, NULL, NULL, NULL);

```

4. 创建内核对象（kernel object），并设置内核函数的参数。

```c

cl_kernel kernel = clCreateKernel(program, "my_kernel", &err);

clSetKernelArg(kernel, 0, sizeof(cl_mem), &input_buffer);

clSetKernelArg(kernel, 1, sizeof(cl_mem), &output_buffer);

```

5. 将内核对象提交到命令队列中执行。

```c

size_t global_size[] = {1024}; // 全局工作项数

size_t local_size[] = {64}; // 局部工作项数

clEnqueueNDRangeKernel(queue, kernel, 1, NULL, global_size, local_size, 0, NULL, NULL);

```

需要注意的是，由二进制码创建程序对象时，需要保证二进制码与目标设备的架构和操作系统相匹配，否则可能会导致程序崩溃或者产生错误的结果。

在 OpenCL 中，可以使用一些函数来管理和查询程序对象。下面是一些常用的函数：

1. `clCreateProgramWithSource`：根据源代码创建程序对象。

2. `clCreateProgramWithBinary`：根据二进制码创建程序对象。

3. `clBuildProgram`：编译程序对象，生成可执行的二进制代码。

4. `clUnloadCompiler`：卸载编译器，释放内存。

5. `clGetProgramBuildInfo`：查询程序对象的编译信息。

6. `clGetProgramInfo`：查询程序对象的一般信息。

下面是一些具体的用法示例：

```c

// 创建程序对象

cl_program program = clCreateProgramWithSource(context, 1, &source, &size, &err);

// 编译程序对象

err = clBuildProgram(program, 1, &device, NULL, NULL, NULL);

// 查询程序对象的编译信息

char buffer[4096];

clGetProgramBuildInfo(program, device, CL_PROGRAM_BUILD_LOG, sizeof(buffer), buffer, NULL);

// 查询程序对象的一般信息

cl_uint num_kernels;

clGetProgramInfo(program, CL_PROGRAM_NUM_KERNELS, sizeof(cl_uint), &num_kernels, NULL);

```

需要注意的是，程序对象的编译信息可以帮助我们调试程序，找到错误和优化程序。而程序对象的一般信息可以帮助我们了解程序的结构和特性。

在 OpenCL 中，程序对象是一种抽象的数据类型，用于管理和执行 OpenCL 程序。程序对象包含了用于执行计算的内核函数、编译选项和编译器状态等信息。

程序对象的创建可以使用 `clCreateProgramWithSource` 或者 `clCreateProgramWithBinary` 函数。`clCreateProgramWithSource` 函数可以根据源代码创建程序对象，而 `clCreateProgramWithBinary` 函数可以根据二进制码创建程序对象。创建程序对象后，可以使用 `clBuildProgram` 函数编译程序对象，生成可执行的二进制代码。

程序对象的管理和查询可以使用 `clUnloadCompiler`、`clGetProgramBuildInfo` 和 `clGetProgramInfo` 等函数。`clUnloadCompiler` 函数可以卸载编译器，释放内存。`clGetProgramBuildInfo` 函数可以查询程序对象的编译信息，如编译状态、编译选项、编译日志等。`clGetProgramInfo` 函数可以查询程序对象的一般信息，如程序对象的上下文、设备、引用计数等。

程序对象还可以包含多个内核函数，可以使用 `clCreateKernel` 函数创建内核对象，然后使用 `clSetKernelArg` 函数设置内核函数的参数，并使用 `clEnqueueNDRangeKernel` 函数将内核对象提交到命令队列中执行。

需要注意的是，程序对象和内核对象都是 OpenCL 中的重要概念，对于 OpenCL 编程来说非常重要。

在 OpenCL 中，程序对象和内核函数是 OpenCL 编程的两个重要概念。

程序对象是一种抽象的数据类型，用于管理和执行 OpenCL 程序。程序对象包含了用于执行计算的内核函数、编译选项和编译器状态等信息。程序对象的创建可以使用 `clCreateProgramWithSource` 或者 `clCreateProgramWithBinary` 函数。创建程序对象后，可以使用 `clBuildProgram` 函数编译程序对象，生成可执行的二进制代码。

内核函数是 OpenCL 程序中的计算单元，它是在 OpenCL 设备上执行的代码。内核函数由 C 语言编写，可以使用 OpenCL 内置的数据类型和函数库。内核函数的定义和调用类似于 C 语言中的函数，但是需要使用 OpenCL 的特殊语法来声明和调用。

在程序对象中，可以包含多个内核函数。内核函数的定义和实现可以在程序对象中进行，也可以在外部文件中进行。内核函数的调用需要使用 `clEnqueueNDRangeKernel` 函数，该函数会将内核函数和参数传递给 OpenCL 设备执行。在内核函数中，可以使用 OpenCL 内置的函数和数据类型进行计算，例如矩阵乘法、向量加法、图像处理等。

需要注意的是，内核函数的编写需要遵循 OpenCL 的编程模型和规范，例如内存模型、并发模型等。对于不同的 OpenCL 设备，内核函数的性能和效率也可能会有所不同，需要进行优化和调试。

在 OpenCL 中，程序构建选项可以用来控制编译和链接的行为。下面是一些常用的程序构建选项：

1. `-cl-fast-relaxed-math`：启用快速松散数学优化，可以提高内核函数的性能，但可能会降低数学精度。

2. `-cl-mad-enable`：启用乘加指令合并优化，可以提高内核函数的性能。

3. `-cl-unsafe-math-optimizations`：启用不安全的数学优化，可以提高内核函数的性能，但可能会导致数学错误。

4. `-cl-opt-disable`：禁用所有优化，可以用来调试内核函数。

5. `-cl-denorms-are-zero`：将浮点数的非规格化值视为零，可以提高内核函数的性能。

6. `-cl-single-precision-constant`：将浮点数常量视为单精度浮点数，可以提高内核函数的性能。

7. `-cl-no-signed-zeros`：禁用有符号零，可以提高内核函数的性能。

8. `-cl-std=CL2.0`：指定 OpenCL 标准的版本，可以使用 OpenCL 2.0 的新特性。

这些选项可以通过 `clBuildProgram` 函数的第四个参数来设置，例如：

```c

clBuildProgram(program, 1, &device, "-cl-fast-relaxed-math", NULL, NULL);

```

这里的第四个参数就是程序构建选项。

OpenCL 是一种并行计算框架，可以用于在 GPU、CPU 和其他加速器上进行计算。在 OpenCL 中，图像是一种特殊的数据类型，可以使用 OpenCL 内置的图像处理函数进行操作。

以下是使用 OpenCL 处理图像的基本步骤：

1. 创建 OpenCL 上下文和命令队列。

2. 加载图像并创建 OpenCL 图像对象。

3. 创建 OpenCL 程序对象并编译内核。

4. 创建 OpenCL 内存对象并将图像数据传输到设备上。

5. 设置内核参数并执行内核。

6. 将结果从设备上的内存对象复制到主机内存中。

下面是一个简单的 OpenCL 内核，它将输入图像中的每个像素的颜色值加上一个常量：

```c

__kernel void add_constant(__read_only image2d_t input_image,

__write_only image2d_t output_image,

const float4 constant)

{

int2 coord = (int2)(get_global_id(0), get_global_id(1));

float4 pixel = read_imagef(input_image, CLK_NORMALIZED_COORDS_FALSE, coord);

pixel += constant;

write_imagef(output_image, coord, pixel);

}

```

该内核使用 `read_imagef` 和 `write_imagef` 函数读取和写入图像数据。`read_imagef` 函数从输入图像中读取像素值，`write_imagef` 函数将像素值写入输出图像。`CLK_NORMALIZED_COORDS_FALSE` 参数指定使用非标准化坐标。

在主机代码中，可以使用以下代码创建 OpenCL 图像对象：

```c

cl_mem input_image = clCreateImage2D(context, CL_MEM_READ_ONLY,

&format, width, height, 0, NULL, &err);

cl_mem output_image = clCreateImage2D(context, CL_MEM_WRITE_ONLY,

&format, width, height, 0, NULL, &err);

```

其中 `context` 是 OpenCL 上下文，`format` 是图像格式，`width` 和 `height` 是图像的宽度和高度。可以使用 `clEnqueueWriteImage` 函数将图像数据传输到设备上，使用 `clEnqueueReadImage` 函数将结果从设备上的内存对象复制到主机内存中。

这只是 OpenCL 中处理图像的基本概述。要详细了解 OpenCL 图像处理，请参阅 OpenCL 编程指南。