在英特尔 NUC NUC7CJYH 上使用 ~100% CPU 使用率的 WPF QR 解码应用程序的优化

Question

我一直在开发一个 WPF，它可以解码用户持有网络摄像头的 QR 码。该应用程序运行良好，在我的开发机器上运行良好（Core i7 3770 CPU，NVidia Quadro K4200 GPU 上最多 23% 的 CPU 和 4% 的 GPU 使用率）但是当我在机器上安装并运行它时，它将被使用（英特尔 NUC NUC7CJYH）应用程序的 CPU 使用率 > 94%，导致机器上的使用率达到 100%。

目前，该应用会扫描用户的二维码两次——第一次是员工的二维码，第二次是他们从事的项目编号的二维码。该应用程序使用 ZXing.Net 解码 QR 码，并使用 AForge.Net 访问网络摄像头。

我已经运行了 VS Profiler，这是结果的屏幕截图： VS Profiler Output

根据 VS Profiler 的结果，有 4 个方法调用使用了最多的 CPU 时间，大概我应该关注：

• videoSource_NewFrame：获取在 VideoCaptureDevice（AForge.Video.DirectShow 类的一部分）中呈现的每一帧，并将其显示在名为 imgSource 的 Image 控件中。这使用了约 10.56% 的总 CPU 时间（3745 毫秒）

  void videoSource_NewFrame(object sender, NewFrameEventArgs eventArgs)
  {
      try
      {
          BitmapImage bi;
          using (var bitmap = (Bitmap)eventArgs.Frame.Clone())
          {
              bi = new BitmapImage();
              bi.BeginInit();
              MemoryStream ms = new MemoryStream();
              bitmap.Save(ms, ImageFormat.Bmp);
              ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
              bi.StreamSource = ms;
              bi.CacheOption = BitmapCacheOption.OnLoad;
              bi.EndInit();
          }
          bi.Freeze();
          Dispatcher.BeginInvoke(new ThreadStart(delegate { imgSource.Source = bi; }));
      }
      catch (Exception ex)
      {
          MessageBox.Show("Error with attaching video frame.\n " + ex.Message);
          MessageBox.Show("An error occurred. \nPlease contact the Systems Development team for assistance.", "Error", MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Error);
          return;
      }
  
  }        
  

• timer_Tick：该方法是一个DispatcherTimer Tick EventHandler，每隔1秒调用一次。这用于在 lblTime 控件中显示当前时间，它使用了约 9.56% 的 CPU 时间（3389 毫秒）

  private void timer_Tick(object sender, EventArgs e)
  {
      currentTime = new DateTime();
      ts = new TimeSpan(DateTime.Now.Hour, DateTime.Now.Minute, DateTime.Now.Second);
      currentTime = currentTime.Date + ts;
  
      lblTime.Content = $"{currentTime.ToString("HH:mm")}"; 
  }  
  

• qrTimer_Tick：另一个 DispatcherTimer Tick EventHandler。此方法每 3 秒调用一次，并在每个间隔开始扫描 QR 码。它正在使用 ~5.52% (1959ms)

  try
  {
      MemoryStream memoryStream = new MemoryStream();
      var encoder = new System.Windows.Media.Imaging.BmpBitmapEncoder();
      encoder.Frames.Add(System.Windows.Media.Imaging.BitmapFrame.Create(imgSource.Source as System.Windows.Media.Imaging.BitmapSource));
      encoder.Save(memoryStream);
      memoryStream.Flush();
  
      capturedImage = (Bitmap)System.Drawing.Image.FromStream(memoryStream);
  
      BarcodeReader reader = new BarcodeReader();
  
      reader.AutoRotate = true;
      reader.TryInverted = true;
      reader.Options = new DecodingOptions { TryHarder = true };
  
      if (capturedImage != null)
          result = reader.Decode(capturedImage);
  
      if (result != null)
      {
          if (isStep1 == true)
          {
              QRScanUserID();                        
          }
          else if (isStep1 == false & isStep2 == true)
          {
              QRScanProjectID();                        
          }
      }                
  
  }
  catch (Exception)
  {                
      MessageBox.Show("An error occurred. \nPlease contact the Systems Development team for assistance.", "Error", MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Error);
      return;
  }
  

• 对 ZXing.Net 的 Decode 方法的外部调用。这使用了 5.34% 的总 CPU 时间（1895 毫秒）

我不确定如何优化代码。我已经查看了为两个 DispatcherTimer 中的每一个设置 DispactherPriority，但在测试中这对应用程序的 CPU 使用率没有影响，并且会干扰每个 DispatcherTimer 的间隔。我还尝试将我在 qrTimer_Tick 方法中配置的 3 个 BarcodeReader 选项更改为 false，这产生了大约 1% 的改进。但是，我认为这可以忽略不计，因为它取决于用户将 QR 码放在相机前的速度以及 qrTimer_Tick 是否已经触发等因素。

我有什么遗漏吗？难道只是该应用程序压倒了它运行的 NUC 机器吗？

编辑 在遵循 kennyzx 和 lerthe61 的建议后，我设法将 NUC NUC7CJYH 上的应用程序的 CPU 使用率在峰值时降至约 58%。最大的好处是删除了每秒调用 timer_Tick 事件处理程序的 DispatcherTimer 对象。在我进行此更改后不久运行 VS Profiler 显示我的开发机器上的峰值 CPU 使用率为 18%，这是在启动后不久应用程序必须自行运行。

在 lerthe61 的输入之后，我看看我对 MemoryStream 和 Bitmap 对象的使用。 videoSource_NewFrame 方法现在如下所示：

void videoSource_NewFrame(object sender, NewFrameEventArgs eventArgs)
        {
            try
            {
                BitmapImage bi;

                capturedImage = (Bitmap)eventArgs.Frame.Clone();
                bi = new BitmapImage();
                bi.BeginInit();
                ms = new MemoryStream();
                capturedImage.Save(ms, ImageFormat.Bmp);
                ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
                bi.StreamSource = ms;
                bi.CacheOption = BitmapCacheOption.OnLoad;
                bi.EndInit();
                bi.Freeze();
                Dispatcher.BeginInvoke(new ThreadStart(delegate { imgSource.Source = bi; }));
            }
            catch (Exception ex)
            {
                MessageBox.Show("Error with attaching video frame.\n " + ex.Message);
                MessageBox.Show("An error occurred. \nPlease contact the Systems Development team for assistance.", "Error", MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Error);
                return;
            }

        }          

我现在在 qrTimer_Tick 方法中使用了 lock 来锁定当前捕获的来自网络摄像头的图像：

if (capturedImage != null)
{
   lock (_qrTimerLock)
   {
      result = reader.Decode(capturedImage);
   }
}

尽管我使用了锁，但应用程序偶尔会抛出错误“对象当前正在其他地方使用”。我对代码的重构在删除 timer_Tick 之上对应用程序的 CPU 使用效率影响不大，所以我可以保持原样，但这显然效率较低。

Answer 1

我决定移除每秒运行的 DispatcherTimer，留下每 3 秒运行的第二个 DispatcherTimer 对象。仅使用此修复程序的应用程序的性能是有利的。

感谢大家的帮助！