4.5 图形运算加速模块

BMCV提供了一套基于算丰AI芯片优化的机器视觉库，目前可以完成色彩空间转换、尺度变换、仿射变换、投射变换、线性变换、画框、JPEG编码、BASE64编码、NMS、排序、特征匹配等操作。关于BMCV模块详细内容请阅读《BMCV用户开发手册》。

​ Python接口的实现请参考《SAIL用户开发手册》。

​BMCV API均是围绕bm_image来进行的。一个bm_image结构对应于一张图片。

4.5.1 C语言编程接口

bm_image结构体

struct bm_image {
    int width;
    int height;
    bm_image_format_ext image_format;
    bm_data_format_ext data_type;
    bm_image_private* image_private;
};

bm_image 结构成员包括图片的宽高，图片格式，图片数据格式，以及该结构的私有数据。

关于bm_image初始化，我们不建议用户直接填充bm_image结构使用，而是通过以下API来创建/销毁一个bm_image结构

图片格式 image_format枚举类型

typedef enum bm_image_format_ext_{
    FORMAT_YUV420P,
    FORMAT_NV12,
    FORMAT_NV21,
    FORMAT_NV16,
    FORMAT_NV61,
    FORMAT_RGB_PLANAR,
    FORMAT_BGR_PLANAR,
    FORMAT_RGB_PACKED,
    FORMAT_BGR_PACKED,
    FORMAT_GRAY,
    FORMAT_COMPRESSED
}bm_image_format_ext;

格式	说明
FORMAT_YUV420P	表示预创建一个YUV420格式的图片，有三个plane
FORMAT_NV12	表示预创建一个NV12格式的图片，有两个plane
FORMAT_NV21	表示预创建一个NV21格式的图片，有两个plane
FORMAT_RGB_PLANAR	表示预创建一个RGB格式的图片，RGB分开排列，有一个plane
FORMAT_BGR_PLANAR	表示预创建一个BGR格式的图片，BGR分开排列，有一个plane
FORMAT_RGB_PACKED	表示预创建一个RGB格式的图片，RGB交错排列，有一个plane
FORMAT_BGR_PACKED	表示预创建一个BGR格式的图片，BGR交错排列，有一个plane
FORMAT_GRAY	表示预创建一个灰度图格式的图片，有一个plane
FORMAT_COMPRESSED	表示预创建一个VPU内部压缩格式的图片，有四个plane

数据存储格式枚举

typedef enum bm_image_data_format_ext_{
    DATA_TYPE_EXT_FLOAT32,
    DATA_TYPE_EXT_1N_BYTE,
    DATA_TYPE_EXT_4N_BYTE,
    DATA_TYPE_EXT_1N_BYTE_SIGNED,
    DATA_TYPE_EXT_4N_BYTE_SIGNED,
}bm_image_data_format_ext;

数据格式	说明
DATA_TYPE_EXT_FLOAT32	表示所创建的图片数据格式为单精度浮点数
DATA_TYPE_EXT_1N_BYTE	表示所创建图片数据格式为普通带符号1N INT8
DATA_TYPE_EXT_4N_BYTE	表示所创建图片数据格式为4N INT8，即四张带符号INT8图片数据交错排列
DATA_TYPE_EXT_1N_BYTE_SIGNED	表示所创建图片数据格式为普通无符号1N UINT8
DATA_TYPE_EXT_4N_BYTE	表示所创建图片数据格式为4N UINT8，即四张无符号INT8图片数据交错排列

​ 关于bm_image初始化，我们不建议用户直接填充bm_image结构使用，而是通过以下API来创建/销毁一个bm_image结构

• bm_image_create_batch

  创建物理内存连续的多个bm image。

 /*
 * @param [in]     handle       handle of low level device             
 * @param [in]     img_h        image height                 
 * @param [in]     img_w        image width
 * @param [in]     img_format   format of image: BGR or YUV
 * @param [in]     data_type    data type of image: INT8 or FP32 
 * @param [out]    image        pointer of bm image object
 * @param [in]     batch_num    batch size
 */
 static inline bool bm_image_create_batch (bm_handle_t              handle,  
                                          int                      img_h,  
                                        int                      img_w,    
                                          bm_image_format_ext      img_format,
                                        bm_image_data_format_ext data_type,  
                                          bm_image                 *image, 
                                          int                      batch_num)

• bm_image_destroy_batch

  释放物理内存连续的多个bm image。要和bm_image_create_batch接口成对使用。

/*
* @param [in]     image        pointer of bm image object
* @param [in]     batch_num    batch size
*/
static inline bool bm_image_destroy_batch (bm_image *image, int batch_num)

• bm_image_alloc_contiguous_mem

  为多个 image 分配连续的内存

bm_status_t bm_image_alloc_contiguous_mem(
                int image_num,
                bm_image *images,
                int bmcv_image_usage
);

参数	说明
int image_num	待分配内存的 image 个数
bm_image *images	待分配内存的 image 的指针
int bmcv_image_usage	已经为客户默认设置了参数，（如果客户对于所分配内存位置有要求，可以通过该参数进行制定）

• bm_image_free_contiguous_mem

  释放通过bm_image_alloc_contiguous_mem申请的内存

bm_status_t bm_image_free_contiguous_mem(
                int image_num,
                bm_image *images
        );

参数	说明
int image_num	待分配内存的 image 个数
bm_image *images	待分配内存的 image 的指针

• bmcv_image_vpp_convert

  bm1684上有专门的视频后处理硬件，满足一定条件下可以一次实现csc + crop + resize功能，速度比TPU更快。

bmcv_image_vpp_convert(
bm_handle_t           handle,
      int                   output_num,
      bm_image              input,
      bm_image *            output,
      bmcv_rect_t *         crop_rect,
      bmcv_resize_algorithm algorithm = BMCV_INTER_LINEAR);

该API将输入图像格式转化为输出图像格式，并支持crop + resize功能， 支持从1张输入中crop多张输出并resize到输出图片大小。

参数	说明
bm_handle_t handle	设备环境句柄，通过调用bm_dev_request获取
int output_num	输出 bm_image 数量，和src image的crop 数量相等,一个src crop 输出一个dst bm_image
bm_image input	输入bm_image对象
bm_image* output	输出bm_image对象指针
bmcv_rect_t * crop_rect	每个输出bm_image对象所对应的在输入图像上crop的参数，包括起始点x坐标、起始点y坐标、crop图像的宽度以及crop图像的高度，具体请查看BMCV用户开发手册
bmcv_resize_algorithm algorithm = BMCV_INTER_LINEAR)	resize算法选择，包括 BMCV_INTER_NEAREST 和 BMCV_INTER_LINEAR 两种，默认情况下是双线性差值

• bmcv_convert_to

  实现图像像素线性变化，具体数据关系可用公式表示

$$y= α*x+ β$$

bm_status_t bmcv_convert_to (bm_handle_t handle,int input_num,
                        bmcv_convert_to_attr convert_to_attr, 
                        bm_image* input, bm_image* output)

参数	说明
bm_handle_thandle	输入的bm_handle句柄
int input_num	输入图片数。最多支持4
bmcv_convert_to_attr convert_to_attr	每张图片对应的配置参数
bm_image* input	输入bm_image。每个bm_image外部需要调用bmcv_image_create创建。image内存可以使用bmcv_image_dev_mem_alloc或者bmcv_image_copy_to_device来开辟新的内存，或者使用bmcv_image_attach来attach已有的内存。
bm_image*output	输出bm_image。每个bm_image外部需要调用bmcv_image_create创建。image内存可以通过bmcv_image_dev_mem_alloc来开辟新的内存，或者使用bmcv_image_attach来attach已有的内存。如果不主动分配将在api内部进行自行分配

结构体bmcv_convert_to_attr_s

typedef struct bmcv_convert_to_attr_s {
    float alpha_0;                 
    float beta_0;  
    float alpha_1;
    float beta_1;
    float alpha_2;
    float beta_2;
} bmcv_convert_to_attr;

参数	说明
alpha_0	描述了第0个channel进行线性变换的系数
beta_0	描述了第0个channel进行线性变换的偏移
alpha_1	描述了第1个channel进行线性变换的系数
beta_1	描述了第1个channel进行线性变换的偏移
alpha_2	描述了第2个channel进行线性变换的系数
beta_2	描述了第2个channel进行线性变换的偏移

结构体描述了三通道中的alpha和beta。实际要根据推理的输入数据是几通道来进行参数配置。

4.5.2 Python语言编程接口

本章节只介绍了用例py_ffmpeg_bmcv_sail中用的的接口函数

更多接口定义请查阅《SAIL用户开发手册》。

• init

def __init__(handle): 
""" Constructor.
Parameters 
---------
handle : sail.Handle Handle instance 
"""

• tensor_to_bm_image

def tensor_to_bm_image(tensor): 
""" Convert tensor to image.
Parameters 
---------
tensor : sail.Tensor Tensor instance
Returns 
------
image : sail.BMImage BMImage instance 
"""

• convert_to

def convert_to(input, alpha_beta): 
""" Applies a linear transformation to an image.
Parameters
---------
input : sail.BMImage Input image 
alpha_beta: tuple (a0, b0), (a1, b1), (a2, b2) factors
Returns 
---------
output : sail.BMImage Output image 
"""

• vpp_resize

def vpp_resize(input, resize_w, resize_h): 
""" Resize an image with interpolation of INTER_NEAREST using vpp.
Parameters 
---------
input : sail.BMImage Input image 
resize_w : int Target width 
resize_h : int Target height
Returns 
---------
output : sail.BMImage Output image 
"""