問題

c言語とopenmpでCPUで並列に画像を90度回転させるプログラムを作った際に、実行結果の画像（下に記載）にゴマ塩ノイズが含まれてしまいます。コンパイル時に特にエラーは出ず、画像をピクセルの配列として受け取って、各要素の位置を入れかえているだけなので、計算のプログラムが間違えていて要素の値が0~255の範囲外になってしまっていることはないと思います。また、同様の計算をopenmpなしの処理、コンパイルオプションで-openmpを入れないとき（画像は省略）、cudaによるGPU並列で行った結果にはノイズは含まれません。

ここからは私の推測なのですが、CPUが故障しているのではないかと思っています。普段使いしている分には何もバグのようなことはないですが、Apexをしていると音飛びやゲーム画面が閉じてしまうことがあります。（PCのスペックは足りていると思います。）

上記の問題を調べてもわからなかったので何か少しでも原因に心当たりのある方、助けていただきたいです。よろしくお願いします。

環境

OS：windows11 Home
CPU：AMD Ryzen 5 5600X 6-Core Processor 3.70 GHz
GPU：NVIDIA GeForce RTX 3060Ti
RAM：16GB

ソースコード

C言語(openmpなし)
1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3#include <string.h>
4#include <omp.h>
5
6#define Nx 1024
7#define Ny 1024
8
9int main()
10{
11    int i, j, ID, ID_in, ID_out;
12    double start, end;	     /*  時間計測用  */
13
14    float* h_IMG_input;	     /*  入力データ用  */
15    float* h_IMG_output;     /*  出力データ用  */
16
17    h_IMG_input = (float*)malloc(sizeof(float) * Nx * Ny);     /*  入力データ用  */
18    h_IMG_output = (float*)malloc(sizeof(float) * Nx * Ny);    /*  出力データ用  */
19
20    memset(h_IMG_input, 0, sizeof(float) * Nx * Ny);     /*  入力データ用  */
21    memset(h_IMG_output, 0, sizeof(float) * Nx * Ny);    /*  出力データ用  */
22
23    //ファイルよりデータ入力
24    FILE* fp;	     /*  入出ファイル用  */
25    fp = fopen("./lenna1024.img", "r");     /*  読込みモードでファイルをオープンする  */
26    if (fp == NULL) {
27        printf("ファイルを開くことが出来ませんでした．\n");
28        return;
29    }
30
31    for (j = 0; j < Ny; j++) {
32        for (i = 0; i < Nx; i++) {
33            ID = i + j * Nx;
34            fscanf(fp, "%f", &(h_IMG_input[ID]));     /*  1行読む　→ h_IMG_input[ID])に入れる */
35        }
36    }
37
38    fclose(fp);     /*  ファイルをクローズする  */
39
40    //時間計測開始
41    start = omp_get_wtime();
42
43    // 画像を90度右回りに回転させる
44    for (j = 0; j < Ny; j++) {
45        for (i = 0; i < Nx; i++) {
46            ID_in = i + j * Nx;
47            ID_out = j + (1023 - i) * Nx;
48            h_IMG_output[ID_out] = h_IMG_input[ID_in];
49        }
50    }
51
52    //時間計測終了
53    end = omp_get_wtime();
54    printf("\nCalculation End\n");
55    printf("\n Processing Time : %.3f [msec]\n", 1e3 * (end - start));
56
57
58    //出力用データをファイルに書き込む
59    fp = fopen("a_c.img", "w");     /*  書込みモードでファイルをオープンする  */
60
61    if (fp == NULL) {
62        printf("ファイルを作れませんでした");
63        return;  /*  ここでプログラム終了  */
64    }
65
66    for (j = 0; j < Ny; j++) {
67        for (i = 0; i < Nx; i++) {
68            ID = i + j * Nx;
69            fprintf(fp, "%d\n", (unsigned char)h_IMG_output[ID]);     /*  1行書込み　→ h_IMG_output[ID])に入れる */
70        }
71    }
72
73    fclose(fp);
74
75
76    //メモリ解放
77    free(h_IMG_input);
78    free(h_IMG_output);
79
80    return 0;
81}
82

実行結果の画像
イメージ説明

C言語(Openmp)
1上記のコードと画像処理の部分以外は同じ
2// 画像を90度右回りに回転させる
3    #pragma omp parallel for private(i)
4    for (j = 0; j < Ny; j++) {
5        for (i = 0; i < Nx; i++) {
6            ID_in = i + j * Nx;
7            ID_out = j + (1023 - i) * Nx;
8            h_IMG_output[ID_out] = h_IMG_input[ID_in];
9        }
10    }

実行結果の画像
イメージ説明

C(cuda)
1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3#include <string.h>
4
5#include <cuda.h>
6#include <cuda_runtime.h>
7#include <cuda_runtime_api.h>
8
9#define HTH cudaMemcpyHostToHost
10#define HTD cudaMemcpyHostToDevice
11#define DTH cudaMemcpyDeviceToHost
12#define DTD cudaMemcpyDeviceToDevice
13
14#define Nx 1024
15#define Ny 1024
16
17#define Db_x 16
18#define Db_y 16
19#define Db_z 1
20
21#define Dg_x (Nx / Db_x)
22#define Dg_y (Ny / Db_y)
23#define Dg_z 1
24
25dim3 Db(Db_x, Db_y, Db_z);
26dim3 Dg(Dg_x, Dg_y, Dg_z);
27
28float* h_IMG_input;	     /*  入力データ用(Host)  */
29float* h_IMG_output;     /*  出力データ用(Host)  */
30
31float* d_IMG_input;	     /*  入力データ用(Device)  */
32float* d_IMG_output;     /*  出力データ用(Device)  */
33
34cudaEvent_t start, end;	     /*  時間計測用  */
35float timer;	     /*  時間計測用  */
36
37int element = sizeof(float) * Nx * Ny;
38
39// 画像を右に90度回転させる
40__global__ void rotate(float* d_IMG_input, float* d_IMG_output)
41{
42	int X, Y, ID_in, ID_out;
43	
44	X = threadIdx.x + (blockIdx.x * blockDim.x);
45	Y = threadIdx.y + (blockIdx.y * blockDim.y);
46
47	ID_in = X + Y * Nx;
48	ID_out = Y + (1023 - X) * Nx;
49	d_IMG_output[ID_out] = d_IMG_input[ID_in];
50}
51
52int main()
53{
54	int GPU_Num = 0;
55
56	cudaSetDevice(GPU_Num);
57
58	printf("convert_color.cu\n");
59	printf("Nx = %d, Ny = %d\n", Nx, Ny);
60	printf("Number %d GPU working\n", GPU_Num);
61
62	int i, j, ID;
63
64	// デバイス（VRAM内）に要素を確保
65	cudaMalloc((void**)&d_IMG_input, element);
66	cudaMalloc((void**)&d_IMG_output, element);
67
68	cudaMemset(d_IMG_input, 0, element);
69	cudaMemset(d_IMG_output, 0, element);
70
71	// ホスト（RAM内）に要素を確保
72	cudaHostAlloc((void**)&h_IMG_input, element, cudaHostAllocPortable);
73	cudaHostAlloc((void**)&h_IMG_output, element, cudaHostAllocPortable);
74
75	memset(h_IMG_input, 0, element);
76	memset(h_IMG_output, 0, element);
77
78	//ファイルよりデータ入力
79	FILE* fp;	     /*  入出ファイル用  */
80
81	fp = fopen("./lenna1024.img", "r");     /*  読込みモードでファイルをオープンする  */
82	if (fp == NULL) {
83		printf("ファイルを開くことが出来ませんでした．\n");
84		return 0;
85	}
86
87	for (j = 0; j < Ny; j++) {
88		for (i = 0; i < Nx; i++) {
89			ID = i + j * Nx;
90			fscanf(fp, "%f", &(h_IMG_input[ID]));     /*  1行読む　→ h_IMG_input[ID])に入れる */
91		}
92	}
93
94	fclose(fp);     /*  ファイルをクローズする  */
95
96
97	// 演算時間を計測するためのcudaEventCreateを実行
98	cudaEventCreate(&start);
99	cudaEventCreate(&end);
100
101	printf("\nCalculation Start\n");
102
103	cudaMemcpy(d_IMG_input, h_IMG_input, element, HTD);
104
105	// 演算時間を計測するためのcudaEventRecordを実行し計算の開始を記録
106	cudaEventRecord(start, 0);
107
108
109	// 画像を右に90度回転させる
110	rotate<<< Dg, Db >>>(d_IMG_input, d_IMG_output);
111	cudaThreadSynchronize();
112
113	// 演算時間を計測するためのcudaEventRecordを実行し計算の終了を記録
114	cudaEventRecord(end, 0);
115
116	// 演算時間を算出
117	cudaEventSynchronize(end);
118	cudaEventElapsedTime(&timer, start, end);
119
120	printf("\nCalculation End\n");
121
122	printf("\nProcessing Time : %.3f [msec]\n", timer);
123
124	/* File Output */
125	cudaMemcpy(h_IMG_output, d_IMG_output, element, DTH);
126
127	//出力用データをファイルに書き込む
128	fp = fopen("a_cuda.img", "w");     /*  書込みモードでファイルをオープンする  */
129
130	if (fp == NULL) {
131		printf("ファイルを作れませんでした");
132		return 0;  /*  ここでプログラム終了  */
133	}
134
135	for (j = 0; j < Ny; j++) {
136		for (i = 0; i < Nx; i++) {
137			ID = i + j * Nx;
138			fprintf(fp, "%d\n", (unsigned char)h_IMG_output[ID]);     /*  1行書込み　→ h_IMG_output[ID])に入れる */
139		}
140	}
141
142	fclose(fp);
143
144	cudaFree(d_IMG_input);
145	cudaFree(d_IMG_output);
146
147	cudaFreeHost(h_IMG_input);
148	cudaFreeHost(h_IMG_output);
149
150	cudaEventDestroy(start);
151	cudaEventDestroy(end);
152
153	return 0;
154}
155