Halide, un nouveau langage de programmation pour le traitement d'images

Par des chercheurs du MIT

Le 2012-08-10 13:28:32, par tarikbenmerar, Chroniqueur Actualités

Des chercheurs du laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL) du MIT ont présenté, dans un article publié à la conférence SIGGRAPH 2012, un nouveau langage de programmation, appelé Halide. Ce dernier a été conçu pour simplifier le développement d'applications de traitement d'images dans les systèmes informatiques modernes.

Communément appelé DSL (domain-specific language), ce type de langage de programmation se réserve un usage restreint à un domaine bien spécifique. Dans le cas Halide, l'objectif principal est d'accentuer les performances des algorithmes utilisés dans le traitement d'image, tels que la segmentation ou le filtrage laplacien.

Les chercheurs attestent que « les programmes Halide sont non seulement plus simples à lire, à écrire et à revoir que les programmes de traitement d'images écrits dans un langage conventionnel, mais du fait que Halide automatise les procédures d'optimisation de code qui pourrait prendre des heures à être faite manuellement, il est aussi considérablement plus rapide. ».

L'équipe a utilisé Halide pour réécrire divers algorithmes connus dans le traitement d'images. Ils ont conclu que leurs versions étaient d’un tiers plus courtes et six fois plus rapides dans le traitement. L'un des facteurs importants étant le processus d'optimisation hautement parallélisé.

Comparaison de codes C++ et Halide, aux performances équivalentes

Il faut dire que Halide est une sorte d'extension intégrée dans C++, il fonctionne sous les plateformes x86-64/SSE, ARM v7/NEON et CUDA.

Il prend en charge les unités SIMD, les multiples cœurs et les hiérarchies de mémoires complexes.

Le compilateur en question fonctionne sous les distributions Linux majeures telles qu’Ubuntu 12.04, ainsi que sous Mac OS X. L'équipe de recherche a même utilisé les versions 10.6 et 10.8 de l'OS d'Apple pour son travail.

Les chercheurs affirment que même si le portage sous Windows est techniquement faisable, ils n'ont pas essayé de le réaliser.

Site officiel de Halide : un langage open source

Article de recherche détaillé (PDF, 12 Mo)

Source : MIT

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Discussion forum

9 commentaires

gbdivers
Inactif

Envoyé par kedare

Hmm mais il y a pas déjà le GLSL qui permet de faire ça avec un langage specialisé ?

Hum, non. Le GLSL (OpenGL Shading Language) est un langage pour écrire les shaders (le code exécuté sur les cartes graphiques). Donc on peut considérer le GLSL comme un DSL (langage spécialisé dans un domaine), mais bas niveau pour écrire de la 2D/3D.
Halide est un DSL permettant d'écrire des traitements haut niveau, avec une syntaxe simplifiée

le 12/08/2012 à 12:35
transgohan
Expert éminent

Je ne connais pas grand chose dans le domaine de l'image, mais faut bien avouer que le code montré est cent fois plus simple à lire et à comprendre !

le 10/08/2012 à 13:48
vampirella
Membre éclairé

Intéressant en effet. Le langage semble un mix entre C++ et du langage MatLab.
Le véritable tour de force, plus que dans la ré-écriture simplifié des fonctions de traitement, se trouve être dans l'optimisation totale des ressources pour effectuer les calculs.

Ceci dit, je ne comprends pas ce que le compilateur produit : une librairie typée C++ qui peut être référencée ?

le 10/08/2012 à 15:36
gbdivers
Inactif

Les DSEL non sont pas une spécificité du C++. Par contre, avec la méta programmation, il est possible d'avoir un coût supplémentaire à l’exécution de 0.
Voir boost proto ou la série d'article Expressive C++ de Eric Niebler sur http://cpp-next.com (en cours de traduction)

le 10/08/2012 à 20:56

RonanK

Futur Membre du Club

Envoyé par gbdivers

Hum, non. Le GLSL (OpenGL Shading Language) est un langage pour écrire les shaders (le code exécuté sur les cartes graphiques). Donc on peut considérer le GLSL comme un DSL (langage spécialisé dans un domaine), mais bas niveau pour écrire de la 2D/3D.
Halide est un DSL permettant d'écrire des traitements haut niveau, avec une syntaxe simplifiée

Justement, il ne me semble pas qu'il y ait des fonctions de haut niveau codées avec ce langage.

En GLSL :

Premier filtre (selon X) :

Code :

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#version 130

uniform sampler2D inputTexture;
out vec4 outputTexture;

void main()
{
    ivec2 sz   = textureSize(inputTexture, 0);
    ivec2 pos = ivec2( int(gl_TexCoord[0].s * sz.x), int(gl_TexCoord[0].t * sz.x) );
    
    vec4 a = texelFetch(inputTexture, pos + ivec2(-1, 0), 0);
    vec4 b = texelFetch(inputTexture, pos, 0);
    vec4 c = texelFetch(inputTexture, pos + ivec2(+1, 0), 0);

    outputTexture = (a+b+c)/3.0;
}

Second filtre (selon Y, après copier/coller et remplacement des 3 vecteurs de déplacement) :

Code :

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#version 130

uniform sampler2D inputTexture;
out vec4 outputTexture;

void main()
{
    ivec2 sz   = textureSize(inputTexture, 0);
    ivec2 pos = ivec2( int(gl_TexCoord[0].s * sz.x), int(gl_TexCoord[0].t * sz.x) );
    
    vec4 a = texelFetch(inputTexture, pos + ivec2(0, -1), 0);
    vec4 b = texelFetch(inputTexture, pos, 0);
    vec4 c = texelFetch(inputTexture, pos + ivec2(0, +1), 0);

    outputTexture = (a+b+c)/3.0;
}

Pas de scheduler à gérer et le driver fait plutôt bien son travail de ce côté. Les performances doivent être à peu près identiques.

le 14/08/2012 à 9:16

gbdivers
Inactif

Envoyé par RonanK

Justement, il ne me semble pas qu'il y ait des fonctions de haut niveau codées avec ce langage.

C'est ce que j'ai dit non ? GLSL est "bas niveau" (même si cette notion est discutable)

C'est Halide qui est "haut niveau" (tout au moins, qui ajoute une syntaxe plus haut niveau que la syntaxe de base du C++)

le 14/08/2012 à 9:31
math_lab
Membre éprouvé

Et je suppose que Halide permet automatiquement de se configurer pour utiliser des GPUs ou des CPUs, alors qu'avec le GLSL, tu es coincé sur GPU. Ca rajoute une belle couche d'abstraction qui permet de déployer le programme sur plusieurs configs sans se casser la tète.

le 14/08/2012 à 10:34
RonanK
Futur Membre du Club
Envoyé par gbdivers

C'est ce que j'ai dit non ? GLSL est "bas niveau" (même si cette notion est discutable)

C'est Halide qui est "haut niveau" (tout au moins, qui ajoute une syntaxe plus haut niveau que la syntaxe de base du C++)

Je me suis mal fait comprendre mais il ne me semble pas qu'il y ait des fonctions de très haut niveau avec Halide. On profite d'une abstraction sur les données mais, je n'ai pas trouvé de fonction du type :
Code :
```
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4
5
resultImg = blur(img, [1 1 1]/3); // la fonction de flou selon X de l'exemple.
// or
resultImg = snakeSegmentation(image);
// etc.
```
Cordialement,
le 14/08/2012 à 16:38
kedare
Membre chevronné

Hmm mais il y a pas déjà le GLSL qui permet de faire ça avec un langage specialisé ?

le 11/08/2012 à 21:35

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