Реальный вопрос в том, что вы надеетесь получить от этого?
При частоте кадров, которую вы принимаете, вы можете использовать что-то вроде Intel Performance Primitives для выполнения пары операций, которые вам нужны, и легко поддерживать поток.
Если вы хотите научиться программировать на GPU, это хорошая простая задача, которую вы можете реализовать.
Возможно получить обработанный кадр, выполнив обратную передачу из GPU в память. Фактическая механика зависит от того, какой API вы используете (OpenGL, DirectX, CUDA, OpenCL). Я сделал это с намного большим разрешением видео и все еще не отставал от потока 25fps. Однако все это зависит от оборудования, которое вы будете использовать.
DirectX и OpenGL имеют отличные руководства по использованию поверхностей Windows в качестве целей рендеринга.