一、基本概念
- GPUImage：一个开源的、基于openGL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。同时也很方便在原有基础上加入自己的滤镜Filter，所有滤镜是基于opengl shader(着色器)实现的，所以滤镜效果图像处理是在GPU上实现的，处理效率比较高，在iPhone6及其以上手机，可以做到实时流畅的效果。
- 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：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。
OpenGL ES程序处理图片步骤：
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、在帧缓存取出绘制的图像。
二、GPUImage处理画面的流程
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，就会把上一个环节处理好的图像数据传递到下一个target处理，称为GPUImage处理链。中间环节的target, 一般是各种filter, 是GPUImageFilter或者是子类。最终环节的target, GPUImageView：用于显示到屏幕上, 或者GPUImageMovieWriter：写成视频文件。
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的处理主要分为三个环节：
source(视频，图片源)->filter(滤镜)->final target(处理后的视频、图片)
1、source
GPUImaged的Source：都继承GPUImageOutput的子类，作为GPUImage的数据源,就好比外界的光线，作为眼睛的输出源。
- 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
2、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。
三、GPUImage工作原理
- GPUImage最关键在于GPUImageFramebuffer这个类，这个类会保存当前处理好的图片信息。
- GPUImage是通过一个链条处理图片，每个链条通过target连接，每个target处理完图片后，会生成一个GPUImageFramebuffer对象，并且把图片信息保存到GPUImageFramebuffer。
- 这样比如targetA处理好，要处理targetB，就会先取出targetA的图片，然后targetB在targetA的图片基础上在进行处理.
GPUImage基本架构是chain式结构，主要由一个GPUImageOutput interface和一个GPUImageInput protocol串联起来，GPUImageOutput输出Texture，GPUImageInput输入Texture，整个链式图像数据传递由Texture担当。camera，stillimage等图像、视频sources继承自GPUImageOutput，滤镜Filters继承自GPUImageOutput并实现GPUImageInput，View，FileWriter等Outputs实现GPUImageInput，大致结构如下图：
先来看GPUImageOutput，里面有两个很重要的变量：GPUImageFramebuffer指针类型的outputFramebuffer和NSMutableArray指针类型的targets，四个接口重要接口：notifyTargetAboutNewOutputTexture、setInputFramebufferForTartget、addTarget和removeTarget，下面分别来看看：
- outputFramebuffer变量主要是负责管理GPUImageOutput（包括Sources和Filters）产生的Texture。texture为其代表输出的Texture的index。missingFramebuffer，决定是否生成RenderBuffer，由初始化函数initWIthSize参数是onlyGenerateTexture决定，如果是YES，内部只产生Texture，比如假设源GUPImageVideocamera采集到的视频数据是RGB数据，直接用glTextImage2D更新纹理，如果为NO，则生成Texture的同时生成Framebuffer，Texture更新方式通过RendFramebuffer来实现，如果GUPImageVideocamera采集到的数据为YUV时，通过opengl实现YUV到到RGB的转化，用Texture绑定到Framebuffer的方式更新Texture，所有的Filters都是采用Framebuffer更新方式，因为需要用opengl进行图像处理。pixelBuffer用一个CVPixelBuffer类型变量，主要用来实现GPU和CPU之间的数据高效共享，这样pixelBuffer数据和texture纹理数据同步更新，便于在CPU和GPU端同时高效访问。
- targets变量主要是负责管理GPUImageOutput下游GPUImageInput，也就是链接到该GPUImageOutput上的GPUImageInput集合，通过接口addTarget和RemoveTarget来进行管理下游GPUImageInput。
- setInputFramebufferForTartget就是将GPUImageOutput生成的outputFramebuffer设置给下游GPUImageInput target，这样下游GPUImageInput就是在上游GPUImageOutput处理后texture上做处理。
- notifyTargetAboutNewOutputTexture该函数就是在上游GPUImageOutput处理完后，对targets每一个下游GPUImageInput循环调用setInputFramebufferForTartget，完成texture传递。
通过上述变量和接口，基本上可以懂得GPUImageOutput做了什么工作，基本上就是通过opengl对图像做处理，所处理的结果存在了outputFramebuffer管理的texture纹理上，并在处理完后，通过notifyTargetAboutNewOutputTexture接口将texture结果传递给下游GPUImageInput。
现在我们来看看GPUImageInput协议，主要有setInputFramebuffer和newFrameReadyAtTime两个接口。
- setInputFramebuffer正是GPUImageOutput执行setInputFramebufferForTartget调用的，将处理后的texture传递下来。
- newFrameReadyAtTime紧着跟着setInputFramebuffer被调用，驱动GPUImageInput进行处理。
这样sources继承GPUImageOutput，filters继承GPUImageOutput和实现GPUImageInput，outputs实现GPUImageInput，一条图像处理数据链就形成了。
根据提供的默认值，加上对滤镜的命名的理解，粗略简单地对GPUImage.h里引用的各个滤镜进行简要说明。这样方便以后找到想要的滤镜效果。其中可能有理解错误，或者表达不准确的地方还请大家斧正。其中有些效果需要使用摄像头才可能有比较理想的效果。
四、GPUImage源文件解读
#pragma mark - 调整颜色 Handle Color #import "GPUImageBrightnessFilter.h" //亮度 #import "GPUImageExposureFilter.h" //曝光 #import "GPUImageContrastFilter.h" //对比度 #import "GPUImageSaturationFilter.h" //饱和度 #import "GPUImageGammaFilter.h" //伽马线 #import "GPUImageColorInvertFilter.h" //反色 #import "GPUImageSepiaFilter.h" //褐色（怀旧） #import "GPUImageLevelsFilter.h" //色阶 #import "GPUImageGrayscaleFilter.h" //灰度 #import "GPUImageHistogramFilter.h" //色彩直方图，显示在图片上 #import "GPUImageHistogramGenerator.h" //色彩直方图 #import "GPUImageRGBFilter.h" //RGB #import "GPUImageToneCurveFilter.h" //色调曲线 #import "GPUImageMonochromeFilter.h" //单色 #import "GPUImageOpacityFilter.h" //不透明度 #import "GPUImageHighlightShadowFilter.h" //提亮阴影 #import "GPUImageFalseColorFilter.h" //色彩替换（替换亮部和暗部色彩） #import "GPUImageHueFilter.h" //色度 #import "GPUImageChromaKeyFilter.h" //色度键 #import "GPUImageWhiteBalanceFilter.h" //白平横 #import "GPUImageAverageColor.h" //像素平均色值 #import "GPUImageSolidColorGenerator.h" //纯色 #import "GPUImageLuminosity.h" //亮度平均 #import "GPUImageAverageLuminanceThresholdFilter.h" //像素色值亮度平均，图像黑白（有类似漫画效果） #import "GPUImageLookupFilter.h" //lookup 色彩调整 #import "GPUImageAmatorkaFilter.h" //Amatorka lookup #import "GPUImageMissEtikateFilter.h" //MissEtikate lookup #import "GPUImageSoftEleganceFilter.h" //SoftElegance lookup #pragma mark - 图像处理 Handle Image #import "GPUImageCrosshairGenerator.h" //十字 #import "GPUImageLineGenerator.h" //线条 #import "GPUImageTransformFilter.h" //形状变化 #import "GPUImageCropFilter.h" //剪裁 #import "GPUImageSharpenFilter.h" //锐化 #import "GPUImageUnsharpMaskFilter.h" //反遮罩锐化 #import "GPUImageFastBlurFilter.h" //模糊 #import "GPUImageGaussianBlurFilter.h" //高斯模糊 #import "GPUImageGaussianSelectiveBlurFilter.h" //高斯模糊，选择部分清晰 #import "GPUImageBoxBlurFilter.h" //盒状模糊 #import "GPUImageTiltShiftFilter.h" //条纹模糊，中间清晰，上下两端模糊 #import "GPUImageMedianFilter.h" //中间值，有种稍微模糊边缘的效果 #import "GPUImageBilateralFilter.h" //双边模糊 #import "GPUImageErosionFilter.h" //侵蚀边缘模糊，变黑白 #import "GPUImageRGBErosionFilter.h" //RGB侵蚀边缘模糊，有色彩 #import "GPUImageDilationFilter.h" //扩展边缘模糊，变黑白 #import "GPUImageRGBDilationFilter.h" //RGB扩展边缘模糊，有色彩 #import "GPUImageOpeningFilter.h" //黑白色调模糊 #import "GPUImageRGBOpeningFilter.h" //彩色模糊 #import "GPUImageClosingFilter.h" //黑白色调模糊，暗色会被提亮 #import "GPUImageRGBClosingFilter.h" //彩色模糊，暗色会被提亮 #import "GPUImageLanczosResamplingFilter.h" //Lanczos重取样，模糊效果 #import "GPUImageNonMaximumSuppressionFilter.h" //非最大抑制，只显示亮度最高的像素，其他为黑 #import "GPUImageThresholdedNonMaximumSuppressionFilter.h" //与上相比，像素丢失更多 #import "GPUImageSobelEdgeDetectionFilter.h" //Sobel边缘检测算法(白边，黑内容，有点漫画的反色效果) #import "GPUImageCannyEdgeDetectionFilter.h" //Canny边缘检测算法（比上更强烈的黑白对比度） #import "GPUImageThresholdEdgeDetectionFilter.h" //阈值边缘检测（效果与上差别不大） #import "GPUImagePrewittEdgeDetectionFilter.h" //普瑞维特(Prewitt)边缘检测(效果与Sobel差不多，貌似更平滑) #import "GPUImageXYDerivativeFilter.h" //XYDerivative边缘检测，画面以蓝色为主，绿色为边缘，带彩色 #import "GPUImageHarrisCornerDetectionFilter.h" //Harris角点检测，会有绿色小十字显示在图片角点处 #import "GPUImageNobleCornerDetectionFilter.h" //Noble角点检测，检测点更多 #import "GPUImageShiTomasiFeatureDetectionFilter.h" //ShiTomasi角点检测，与上差别不大 #import "GPUImageMotionDetector.h" //动作检测 #import "GPUImageHoughTransformLineDetector.h" //线条检测 #import "GPUImageParallelCoordinateLineTransformFilter.h" //平行线检测 #import "GPUImageLocalBinaryPatternFilter.h" //图像黑白化，并有大量噪点 #import "GPUImageLowPassFilter.h" //用于图像加亮 #import "GPUImageHighPassFilter.h" //图像低于某值时显示为黑 #pragma mark - 视觉效果 Visual Effect #import "GPUImageSketchFilter.h" //素描 #import "GPUImageThresholdSketchFilter.h" //阀值素描，形成有噪点的素描 #import "GPUImageToonFilter.h" //卡通效果（黑色粗线描边） #import "GPUImageSmoothToonFilter.h" //相比上面的效果更细腻，上面是粗旷的画风 #import "GPUImageKuwaharaFilter.h" //桑原(Kuwahara)滤波,水粉画的模糊效果；处理时间比较长，慎用 #import "GPUImageMosaicFilter.h" //黑白马赛克 #import "GPUImagePixellateFilter.h" //像素化 #import "GPUImagePolarPixellateFilter.h" //同心圆像素化 #import "GPUImageCrosshatchFilter.h" //交叉线阴影，形成黑白网状画面 #import "GPUImageColorPackingFilter.h" //色彩丢失，模糊（类似监控摄像效果） #import "GPUImageVignetteFilter.h" //晕影，形成黑色圆形边缘，突出中间图像的效果 #import "GPUImageSwirlFilter.h" //漩涡，中间形成卷曲的画面 #import "GPUImageBulgeDistortionFilter.h" //凸起失真，鱼眼效果 #import "GPUImagePinchDistortionFilter.h" //收缩失真，凹面镜 #import "GPUImageStretchDistortionFilter.h" //伸展失真，哈哈镜 #import "GPUImageGlassSphereFilter.h" //水晶球效果 #import "GPUImageSphereRefractionFilter.h" //球形折射，图形倒立 #import "GPUImagePosterizeFilter.h" //色调分离，形成噪点效果 #import "GPUImageCGAColorspaceFilter.h" //CGA色彩滤镜，形成黑、浅蓝、紫色块的画面 #import "GPUImagePerlinNoiseFilter.h" //柏林噪点，花边噪点 #import "GPUImage3x3ConvolutionFilter.h" //3x3卷积，高亮大色块变黑，加亮边缘、线条等 #import "GPUImageEmbossFilter.h" //浮雕效果，带有点3d的感觉 #import "GPUImagePolkaDotFilter.h" //像素圆点花样 #import "GPUImageHalftoneFilter.h" //点染,图像黑白化，由黑点构成原图的大致图形 #pragma mark - 混合模式 Blend #import "GPUImageMultiplyBlendFilter.h" //通常用于创建阴影和深度效果 #import "GPUImageNormalBlendFilter.h" //正常 #import "GPUImageAlphaBlendFilter.h" //透明混合,通常用于在背景上应用前景的透明度 #import "GPUImageDissolveBlendFilter.h" //溶解 #import "GPUImageOverlayBlendFilter.h" //叠加,通常用于创建阴影效果 #import "GPUImageDarkenBlendFilter.h" //加深混合,通常用于重叠类型 #import "GPUImageLightenBlendFilter.h" //减淡混合,通常用于重叠类型 #import "GPUImageSourceOverBlendFilter.h" //源混合 #import "GPUImageColorBurnBlendFilter.h" //色彩加深混合 #import "GPUImageColorDodgeBlendFilter.h" //色彩减淡混合 #import "GPUImageScreenBlendFilter.h" //屏幕包裹,通常用于创建亮点和镜头眩光 #import "GPUImageExclusionBlendFilter.h" //排除混合 #import "GPUImageDifferenceBlendFilter.h" //差异混合,通常用于创建更多变动的颜色 #import "GPUImageSubtractBlendFilter.h" //差值混合,通常用于创建两个图像之间的动画变暗模糊效果 #import "GPUImageHardLightBlendFilter.h" //强光混合,通常用于创建阴影效果 #import "GPUImageSoftLightBlendFilter.h" //柔光混合 #import "GPUImageChromaKeyBlendFilter.h" //色度键混合 #import "GPUImageMaskFilter.h" //遮罩混合 #import "GPUImageHazeFilter.h" //朦胧加暗 #import "GPUImageLuminanceThresholdFilter.h" //亮度阈 #import "GPUImageAdaptiveThresholdFilter.h" //自适应阈值 #import "GPUImageAddBlendFilter.h" //通常用于创建两个图像之间的动画变亮模糊效果 #import "GPUImageDivideBlendFilter.h" //通常用于创建两个图像之间的动画变暗模糊效果