如何基于香橙派AIpro对视频/图像数据进行预处理 - 华为云开发者联盟
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本文分享自华为云社区《如何基于香橙派AIpro对视频/图像数据进行预处理》，作者： 昇腾CANN。
受网络结构和训练方式等因素的影响，绝大多数神经网络模型对输入数据都有格式上的限制。在计算机视觉领域，这个限制大多体现在图像的尺寸、色域、归一化参数等。如果源图或视频的尺寸、格式等与网络模型的要求不一致时，我们需要对其进行数据预处理。
昇腾AI硬件内置专门用于图像预处理的硬件单元，开发者通过其上层软件栈CANN能够更加便捷地发挥出硬件强大的媒体处理硬加速能力。香橙派AIpro开发板是香橙派联合昇腾打造的高性能AI开发板，开发者可以基于此，对不满足神经网络模型输入要求的数据进行预处理，从而更好地完成AI推理计算。
01 昇腾CANN数据预处理方式简介
昇腾CANN提供了两种专门用于数据预处理的方式：AIPP和DVPP。
AIPP（Artificial Intelligence Pre-Processing）在AI Core上完成数据预处理，主要功能包括改变图像尺寸（抠图、填充等）、色域转换（转换图像格式）、减均值/乘系数（改变图像像素）等。AIPP区分为静态AIPP和动态AIPP，您只能选择其中一种方式，不支持两种方式同时配置。
- 静态AIPP：模型转换时设置AIPP模式为静态，同时设置AIPP参数，模型生成后，AIPP参数值被保存在离线模型（*.om）中，每次模型推理过程采用固定的AIPP预处理参数，无法修改。
- 动态AIPP：模型转换时仅设置AIPP模式为动态，每次模型推理前，根据需求，在执行模型前设置动态AIPP参数值，然后在模型执行时可使用不同的AIPP参数。
DVPP（Digital Vision Pre-Processing）是昇腾AI处理器内置的图像处理单元，通过AscendCL媒体数据处理接口提供强大的媒体处理硬加速能力，主要功能包括缩放、抠图、色域转换、图片编解码、视频编解码等。
总结一下，虽然都是数据预处理，但AIPP与DVPP的功能范围不同（比如DVPP可以做图像编解码、视频编解码，AIPP可以做归一化配置），处理数据的计算单元也不同，AIPP用的AI Core计算加速单元，DVPP就是用的专门的图像处理单元。
AIPP、DVPP可以分开独立使用，也可以组合使用。组合使用场景下，一般先使用DVPP对图片/视频进行解码、抠图、缩放等基本处理，再使用AIPP进行色域转换、归一化等处理。
02 如何使用AIPP功能
下文以此为例：测试图片分辨率为250*250、图片格式为YUV420SP，模型对图片的要求为分辨率224*224、图片格式为RGB，因此需要通过AIPP实现抠图、图片格式转换2个功能。关于各种格式转换，其色域转换系数都有模板，可从ATC工具使用指南中获取，请参见“昇腾文档中心”。
1、静态AIPP
（1）构造AIPP配置文件*.cfg。
- 抠图，有效数据区域从左上角(0, 0)像素开始，抠图宽*高为224*224。
- 图片格式转换，输入图片格式为YUV420SP_U8，输出图片格式通过色域转换系数控制。
aipp_op {
aipp_mode : static # AIPP配置模式
input_format : YUV420SP_U8 # 输入给AIPP的原始图片格式
src_image_size_w : 250 # 输入给AIPP的原始图片宽高
src_image_size_h : 250
crop: true # 抠图开关，用于改变图片尺寸
load_start_pos_h: 0 # 抠图起始位置水平、垂直方向坐标
load_start_pos_w: 0
crop_size_w: 224 # 抠图宽、高
crop_size_h: 224
csc_switch : true # 色域转换开关
matrix_r0c0 : 256 # 色域转换系数
matrix_r0c1 : 0
matrix_r0c2 : 359
matrix_r1c0 : 256
matrix_r1c1 : -88
matrix_r1c2 : -183
matrix_r2c0 : 256
matrix_r2c1 : 454
matrix_r2c2 : 0
input_bias_0 : 0
input_bias_1 : 128
input_bias_2 : 128
}
（2）使能静态AIPP参数
使用ATC工具转换模型时，可将AIPP配置文件通过insert_op_conf参数传入，将其配置参数保存在模型文件中。
atc --framework=3 --soc_version=${soc_version} --model= $HOME/module/resnet50_tensorflow.pb --insert_op_conf=$HOME/module/insert_op.cfg --output=$HOME/module/out/tf_resnet50
参数解释如下：
- --framework：原始网络模型框架类型，3表示TensorFlow框架。
- --soc_version：指定模型转换时昇腾AI处理器的版本，可执行npu-smi info命令进行查询，在查询到的“Name”前增加Ascend信息，例如“Name”对应取值为xxxyy。
- --model：原始网络模型文件路径，含文件名。
- --insert_op_conf：AIPP预处理配置文件路径，含文件名。
- --output：转换后的*.om模型文件路径，含文件名，转换成功后，模型文件名自动以.om后缀结尾。
（3）调用AscendCL接口加载模型，执行推理，具体可参见如何基于香橙派AIpro开发AI推理应用。
2、动态AIPP
（1）构造AIPP配置文件*.cfg。
aipp_op
{
aipp_mode: dynamic
max_src_image_size: 752640 # 输入图像最大内存大小，需根据实际情况调整
}
（2）使能动态AIPP。
使用ATC工具转换模型时，可将AIPP配置文件通过insert_op_conf参数传入，将其配置参数保存在模型文件中。
atc --framework=3 --soc_version=${soc_version} --model= $HOME/module/resnet50_tensorflow.pb --insert_op_conf=$HOME/module/insert_op.cfg --output=$HOME/module/out/tf_resnet50
参数解释如下：
- --framework：原始网络模型框架类型，3表示TensorFlow框架。
- --soc_version：指定模型转换时昇腾AI处理器的版本。
- --model：原始网络模型文件路径，含文件名。
- --insert_op_conf：AIPP预处理配置文件路径，含文件名。
- --output：转换后的*.om模型文件路径，含文件名，转换成功后，模型文件名自动以.om后缀结尾。
（3）调用AscendCL接口加载模型，设置AIPP参数后，再执行推理，具体可参见如何基于香橙派AIpro开发AI推理应用。
调用AscendCL接口设置AIPP参数的代码示例如下：
aclmdlAIPP *aippDynamicSet = aclmdlCreateAIPP(batchNumber); aclmdlSetAIPPSrcImageSize(aippDynamicSet, 250, 250); aclmdlSetAIPPInputFormat(aippDynamicSet, ACL_YUV420SP_U8); aclmdlSetAIPPCscParams(aippDynamicSet, 1, 256, 0, 359, 256, -88, -183, 256, 454, 0, 0, 0, 0, 0, 128, 128); aclmdlSetAIPPCropParams(aippDynamicSet, 1, 2, 2, 224, 224, 0); aclmdlSetInputAIPP(modelId, input, index, aippDynamicSet); aclmdlDestroyAIPP(aippDynamicSet);
03 如何使用DVPP功能
昇腾AI处理器内置图像处理单元DVPP，提供了强大的媒体处理硬加速能力。同时，异构计算架构CANN提供了使用图像处理硬件算力的入口：AscendCL接口，开发者可通过接口来进行图像处理，以便利用昇腾AI处理器的算力。
DVPP内的功能模块如下表所示。
|
VPC（Vision Preprocessing Core） |
处理YUV、RGB等格式的图片，包括缩放、抠图、色域转换、直方图统计等。 |
|
JPEGD（JPEG Decoder） |
JPEG压缩格式-->YUV格式的图片解码。 |
|
JPEGE（JPEG Encoder） |
YUV格式-->JPEG压缩格式的图片编码。 |
|
VDEC（Video Decoder） |
H264/H265格式-->YUV/RGB格式的视频码流解码。 |
|
VENC（Video Encoder） |
YUV420SP格式-->H264/H265格式的视频码流编码。 |
|
PNGD（PNG decoder） |
PNG格式-->RGB格式的图片解码。 |
此处就以JPEGD图片解码+VPC图片缩放为例来说明如何使用DVPP功能。这里先通过一张图总览接口调用流程，包括资源初始化&去初始化、通道创建与销毁、解码、缩放、等待任务完成、释放内存资源等。
总览接口调用流程后，接下来我们以开发者更熟悉的方式“代码”来展示JPEGD图片解码+VPC图片缩放功能的关键代码逻辑。
// 创建通道
acldvppChannelDesc dvppChannelDesc = acldvppCreateChannelDesc();
acldvppCreateChannel(dvppChannelDesc);
// 在JPEGD图片解码前，准备其输入、输出
// ……
// 创建解码输出图片描述信息，设置输出图片的宽、高、图片格式、内存地址等
acldvppPicDesc decodeOutputDesc = acldvppCreatePicDesc();
acldvppSetPicDescData(decodeOutputDesc, decodeOutputBuffer));
acldvppSetPicDescWidth(decodeOutputDesc, decodeOutputWidth);
acldvppSetPicDescHeight(decodeOutputDesc, decodeOutputHeight);
// 此处省略其它set接口……
// 执行JPEGD图片解码
acldvppJpegDecodeAsync(dvppChannelDesc, decodeInputBuffer, decodeInputBufferSize, decodeOutputDesc, stream);
// 5. 在VPC图片缩放前，准备其输入、输出
// 创建缩放输入图片的描述信息，并设置各属性值，解码的输出作为缩放的输入
acldvppPicDesc resizeInputDesc = acldvppCreatePicDesc();
acldvppSetPicDescData(resizeInputDesc, decodeOutputBuffer);
acldvppSetPicDescWidth(resizeInputDesc, resizeInputWidth);
acldvppSetPicDescHeight(resizeInputDesc, resizeInputHeight);
// 此处省略其它set接口……
// 创建缩放输出图片的描述信息，并设置各属性值
acldvppPicDesc resizeOutputDesc = acldvppCreatePicDesc();
acldvppSetPicDescData(resizeOutputDesc, resizeOutputBuffer);
acldvppSetPicDescWidth(resizeOutputDesc, resizeOutputWidth);
acldvppSetPicDescHeight(resizeOutputDesc, resizeOutputHeight);
// 此处省略其它set接口……
// 6. 执行VPC图片缩放
acldvppVpcResizeAsync(dvppChannelDesc, resizeInputDesc,
resizeOutputDesc, resizeConfig, stream);
// 7. JPEGD图片解码、VPC图片缩放都是异步任务，需调用以下接口阻塞程序运行，直到指定Stream中的所有任务都完成
aclrtSynchronizeStream(stream);
04 更多学习资源
更多学习资源，欢迎登录昇腾社区查阅：
[1]昇腾文档中心：https://www.hiascend.com/zh/document
[2]香橙派AIpro开源样例代码：https://gitee.com/ascend/EdgeAndRobotics
[3]香橙派AIpro学习资源一站式导航：https://www.hiascend.com/forum/thread-0285140173361311056-1-1.html
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