GPUImage-图像的输入输出和滤镜通道

前言

GPUImage系列解析已经接近尾声，这次介绍的是：

纹理输入输出GPUImageTextureOutput 和 GPUImageTextureOutput
二进制数据输入输出GPUImageRawDataInput 和 GPUImageRawDataOutput
滤镜通道GPUImageFilterPipeline

demo用来展示如何使用GPUImageRawDataOutput。

概念介绍

1、GPUImageTextureOutput

GPUImageTextureOutput类实现GPUImageInput协议，可以接受响应链的图像，并返回对应的OpenGL ES纹理。

delegate属性：实现了GPUImageTextureOutputDelegate协议的回调对象；
texture属性：OpenGL ES的纹理，只读；
enabled属性：是否有效，默认为有效；
-doneWithTexture方法：结束处理纹理图像，解锁firstInputFramebuffer。

2、GPUImageTextureInput

GPUImageTextureInput类继承GPUImageOutput类，可以作为响应链的起点，把OpenGL ES纹理对应的纹理信息导入响应链处理。
textureSize属性为纹理尺寸；
初始化的时候，分配一个GPUImageFramebuffer，缓存纹理单元的信息；
process的时候直接调用targets对应的就绪方法，因为图像信息就在OpenGL ES控制内存中。

GPUImageTextureOutput 和 GPUImageTextureInput 用于向OpenGL ES 输入或者输出纹理，把GPUImage的输出作为OpenGL ES的纹理或者把OpenGL ES的输出作为GPUImage的纹理输入。

3、GPUImageRawDataOutput

GPUImageRawDataOutput类实现协议GPUImageInput，可以接受响应链的图像信息，并且以二进制的格式返回数据；

rawBytesForImage属性：二进制数据的指针；
GPUByteColorVector结构体：RGBA颜色空间结构体，便于读取二进制数据；
supportsFastTextureUpload用的BGRA的颜色格式；
如果需要输出RGBA，则可以对BGRA格式再做一次RGBA->BRGA的颜色转换；
RGBA -> BGRA 的操作如下：
texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate).bgra;
lockNextFramebuffer属性：标志是否要读取图像信息如果为YES，会调用CVPixelBufferLockBaseAddress锁住对应的CVPixelBufferRef；

4、GPUImageRawDataInput

GPUImageRawDataInput类继承GPUImageOutput类，可以接受二进制数据，按照特定的颜色格式，把数据转成图像并传入响应链；
GPUImageRawDataInput不会对传入的数据copied或者retained，但你不需要在使用完之后去释放；二进制数据发送到GPU的纹理单元，默认的颜色格式是BGRA和整型数据。

上传图片的逻辑：先申请outputframebuffer ，然后绑定纹理，最后用glTexImage2D 上传图像数据到GPU。
processData方法：处理图片；如果上一次操作还未完成，则直接返回。

5、GPUImageFilterPipeline

GPUImageFilterPipeline类是滤镜通道，把inputs的滤镜组合起来，然后添加output为最后的输出目标。核心代码如下：

filters为输入的滤镜，output为输出目标；
把filters的滤镜按照链表的形式串联起来。

- (void)_refreshFilters {

    id prevFilter = self.input;
    GPUImageOutput *theFilter = nil;

    for (int i = 0; i < [self.filters count]; i++) {
        theFilter = [self.filters objectAtIndex:i];
        [prevFilter removeAllTargets];
        [prevFilter addTarget:theFilter];
        prevFilter = theFilter;
    }

    [prevFilter removeAllTargets];

    if (self.output != nil) {
        [prevFilter addTarget:self.output];
    }
}

demo思路

GPUImage-滤镜视频录制的流程图为左边部分；
demo的流程图为右边部分：

1、这次把GPUImageVideoCamera的输出设置为GPUImageRawDataOutput

    self.mOutput = [[GPUImageRawDataOutput alloc] initWithImageSize:CGSizeMake(640, 480) resultsInBGRAFormat:YES];
    [videoCamera addTarget:self.mOutput];

2、输出的二进制数据转换为CVPixelBufferRef

        [strongOutput lockFramebufferForReading];
        GLubyte *outputBytes = [strongOutput rawBytesForImage];
        NSInteger bytesPerRow = [strongOutput bytesPerRowInOutput];
        CVPixelBufferRef pixelBuffer = NULL;
        CVReturn ret = CVPixelBufferCreateWithBytes(kCFAllocatorDefault, 640, 480, kCVPixelFormatType_32BGRA, outputBytes, bytesPerRow, nil, nil, nil, &pixelBuffer);

3、根据buffer创建CGImageRef，再是UIImage

        CGColorSpaceRef rgbColorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
        CGDataProviderRef provider = CGDataProviderCreateWithData(NULL, strongOutput.rawBytesForImage, bytesPerRow * 480, NULL);
        CGImageRef cgImage = CGImageCreate(640, 480, 8, 32, bytesPerRow, rgbColorSpace, kCGImageAlphaPremultipliedFirst|kCGBitmapByteOrder32Little, provider, NULL, true, kCGRenderingIntentDefault);
        UIImage *image = [UIImage imageWithCGImage:cgImage];

4、最后添加到UIView的UIImageView上。

// 此处必须在主线程操作UI
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.mImageView.image = image;
    });

遇到的问题

1、创建像素错误

CVPixelBufferCreateWithBytes方法返回kCVReturnInvalidArgument错误。

检查CVPixelBufferCreateWithBytes的width、height、pixelFormatType参数。

2、输出图像方向错误

GPUImageVideoCamera输出图像旋转了90°。

In previous iOS versions, the front-facing camera would always deliver buffers in VCaptureVideoOrientationLandscapeLeft。
添加以下代码：

videoCamera.outputImageOrientation = UIInterfaceOrientationPortrait;
    videoCamera.horizontallyMirrorFrontFacingCamera = YES;

3、创建图像失败

通过二进制数据创建NSData，再创建UIImage，发现image为nil。

        NSData* data = [[NSData alloc] initWithBytes:strongOutput.rawBytesForImage length:bytesPerRow * 480];
        UIImage *image = [[UIImage alloc] initWithData:data];

暂未找到原因，猜测是data参数有问题。
+initWithData:的data参数要求必须是系统支持的image类型。
The data in the data parameter must be formatted to match the file format of one of the system’s supported image types.

4、图像未显示

检查UIImage对象不为nil，屏幕未显示。

GPUImageVideoCamera回调不在主线程，直接赋值image无效。

总结

GPUImageTextureOutput和GPUImageTextureInput用于GPUImage和OpenGL ES之间的协调，GPUImageRawDataOutput和GPUImageRawDataInput用于GPUImage和UIKit之间的协调, GPUImageFilterPipeline用于把多个滤镜简单串联。
代码地址