Как оптимизировать копирование кусков массива в С#?

Я пишу приложение для видеоизображения в реальном времени и должен ускорить этот метод. В настоящее время он занимает около 10 мс для выполнения, и я хотел бы получить его до 2-3 мс.

Я пробовал как Array.Copy, так и Buffer.BlockCopy, и они оба берут ~ 30 мс, что на 3 раза больше, чем ручная копия.

Одна мысль заключалась в том, чтобы как-то скопировать 4 байта как целое число, а затем вставить их как целое число, тем самым уменьшив 4 строки кода до одной строки кода. Однако я не уверен, как это сделать.

Другая мысль заключалась в том, чтобы каким-то образом использовать указатели и небезопасный код для этого, но я не уверен, как это сделать.

Вся помощь очень ценится. Спасибо!

EDIT: Размеры массива: inputBuffer [327680], lookupTable [16384], outputBuffer [1310720]

public byte[] ApplyLookupTableToBuffer(byte[] lookupTable, ushort[] inputBuffer)
{
    System.Diagnostics.Stopwatch sw = new System.Diagnostics.Stopwatch();
    sw.Start();

    // Precalculate and initialize the variables
    int lookupTableLength = lookupTable.Length;
    int bufferLength = inputBuffer.Length;
    byte[] outputBuffer = new byte[bufferLength * 4];
    int outIndex = 0;
    int curPixelValue = 0;

    // For each pixel in the input buffer...
    for (int curPixel = 0; curPixel < bufferLength; curPixel++)
    {
        outIndex = curPixel * 4;                    // Calculate the corresponding index in the output buffer
        curPixelValue = inputBuffer[curPixel] * 4;  // Retrieve the pixel value and multiply by 4 since the lookup table has 4 values (blue/green/red/alpha) for each pixel value

        // If the multiplied pixel value falls within the lookup table...
        if ((curPixelValue + 3) < lookupTableLength)
        {
            // Copy the lookup table value associated with the value of the current input buffer location to the output buffer
            outputBuffer[outIndex + 0] = lookupTable[curPixelValue + 0];
            outputBuffer[outIndex + 1] = lookupTable[curPixelValue + 1];
            outputBuffer[outIndex + 2] = lookupTable[curPixelValue + 2];
            outputBuffer[outIndex + 3] = lookupTable[curPixelValue + 3];

            //System.Buffer.BlockCopy(lookupTable, curPixelValue, outputBuffer, outIndex, 4);   // Takes 2-10x longer than just copying the values manually
            //Array.Copy(lookupTable, curPixelValue, outputBuffer, outIndex, 4);                // Takes 2-10x longer than just copying the values manually
        }
    }

    Debug.WriteLine("ApplyLookupTableToBuffer(ms): " + sw.Elapsed.TotalMilliseconds.ToString("N2"));
    return outputBuffer;
}

EDIT: Я обновил метод, сохраняя одни и те же имена переменных, чтобы другие могли видеть, как код будет переводиться на основе решения HABJAN ниже.

    public byte[] ApplyLookupTableToBufferV2(byte[] lookupTable, ushort[] inputBuffer)
    {
        System.Diagnostics.Stopwatch sw = new System.Diagnostics.Stopwatch();
        sw.Start();

        // Precalculate and initialize the variables
        int lookupTableLength = lookupTable.Length;
        int bufferLength = inputBuffer.Length;
        byte[] outputBuffer = new byte[bufferLength * 4];
        //int outIndex = 0;
        int curPixelValue = 0;

        unsafe
        {
            fixed (byte* pointerToOutputBuffer = &outputBuffer[0])
            fixed (byte* pointerToLookupTable = &lookupTable[0])
            {
                // Cast to integer pointers since groups of 4 bytes get copied at once
                uint* lookupTablePointer = (uint*)pointerToLookupTable;
                uint* outputBufferPointer = (uint*)pointerToOutputBuffer;

                // For each pixel in the input buffer...
                for (int curPixel = 0; curPixel < bufferLength; curPixel++)
                {
                    // No need to multiply by 4 on the following 2 lines since the pointers are for integers, not bytes
                    // outIndex = curPixel;  // This line is commented since we can use curPixel instead of outIndex
                    curPixelValue = inputBuffer[curPixel];  // Retrieve the pixel value 

                    if ((curPixelValue + 3) < lookupTableLength)
                    {
                        outputBufferPointer[curPixel] = lookupTablePointer[curPixelValue];
                    }
                }
            }
        }

        Debug.WriteLine("2 ApplyLookupTableToBuffer(ms): " + sw.Elapsed.TotalMilliseconds.ToString("N2"));
        return outputBuffer;
    }

Ответы

Ответ 1

Я провел несколько тестов, и мне удалось достичь максимальной скорости, превратив мой код в небезопасную, используя API RtlMoveMemory. Я понял, что Buffer.BlockCopy и Array.Copy были намного медленнее, чем прямое использование RtlMoveMemory.

Итак, в конце вы получите что-то вроде этого:

fixed(byte* ptrOutput= &outputBufferBuffer[0])
{
    MoveMemory(ptrOutput, ptrInput, 4);
}

[DllImport("Kernel32.dll", EntryPoint = "RtlMoveMemory", SetLastError = false)]
private static unsafe extern void MoveMemory(void* dest, void* src, int size);

EDIT:

Хорошо, теперь, когда я выяснил вашу логику, и когда я провел несколько тестов, мне удалось ускорить ваш метод почти на 50%. Поскольку вам нужно скопировать небольшие блоки данных (всегда 4 байта), да, вы были правы, RtlMoveMemory не поможет здесь, и лучше скопировать данные как целое. Вот окончательное решение, которое я придумал:

public static byte[] ApplyLookupTableToBufferV2(byte[] lookupTable, ushort[] inputBuffer)
{
    int lookupTableLength = lookupTable.Length;
    int bufferLength = inputBuffer.Length;
    byte[] outputBuffer = new byte[bufferLength * 4];
    int outIndex = 0, curPixelValue = 0;

    unsafe
    {
        fixed (byte* ptrOutput = &outputBuffer[0])
        fixed (byte* ptrLookup = &lookupTable[0])
        {
            uint* lkp = (uint*)ptrLookup;
            uint* opt = (uint*)ptrOutput;

            for (int index = 0; index < bufferLength; index++)
            {
                outIndex = index;
                curPixelValue = inputBuffer[index];

                if ((curPixelValue + 3) < lookupTableLength)
                {
                    opt[outIndex] = lkp[curPixelValue];
                }
            }
        }
    }

    return outputBuffer;
}

Я переименовал ваш метод в ApplyLookupTableToBufferV1.

И вот мой результат теста:

int tc1 = Environment.TickCount;

for (int i = 0; i < 200; i++)
{
    byte[] a = ApplyLookupTableToBufferV1(lt, ib);
}

tc1 = Environment.TickCount - tc1;

Console.WriteLine("V1: " + tc1.ToString() + "ms");

Результат - V1: 998 мс

int tc2 = Environment.TickCount;

for (int i = 0; i < 200; i++)
{
    byte[] a = ApplyLookupTableToBufferV2(lt, ib);
}

tc2 = Environment.TickCount - tc2;

Console.WriteLine("V2: " + tc2.ToString() + "ms");

Результат - V2: 473 мс