// bmp_header.h
// BMP ファイルフォーマットから引用させて頂きました
// http://www.kk.iij4u.or.jp/~kondo/bmp/
//
// 2017/05/04 : takseiさんのご指摘によりintX_tを使った宣言に変更。takseiさんありがとうございました
// 変数の型のサイズの違いによってLinuxの６４ビット版では動作しなかったためです
// http://marsee101.blog19.fc2.com/blog-entry-3354.html#comment2808
//
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
// BITMAPFILEHEADER 14bytes
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
uint16_t bfType;
uint32_t bfSize;
uint16_t bfReserved1;
uint16_t bfReserved2;
uint32_t bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER;
// BITMAPINFOHEADER 40bytes
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
uint32_t biSize;
int32_t biWidth;
int32_t biHeight;
uint16_t biPlanes;
uint16_t biBitCount;
uint32_t biCompression;
uint32_t biSizeImage;
int32_t biXPixPerMeter;
int32_t biYPixPerMeter;
uint32_t biClrUsed;
uint32_t biClrImporant;
} BITMAPINFOHEADER;
typedef struct BMP24bitsFORMAT {
uint8_t blue;
uint8_t green;
uint8_t red;
} BMP24FORMAT;
// laplacian_filter1.cpp
// 2019/12/16 by marsee
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int laplacian_fil(int x0y0, int x1y0, int x2y0, int x0y1, int x1y1, int x2y1, int x0y2, int x1y2, int x2y2);
int conv_rgb2y(int rgb);
extern "C" {
void lap_filter_axim(volatile int *cam_fb, volatile int *lap_fb, int x_size, int y_size)
{
#pragma HLS INTERFACE m_axi depth=3072 port=cam_fb offset=slave bundle=gmem
#pragma HLS INTERFACE m_axi depth=3072 port=lap_fb offset=slave bundle=gmem
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port = x_size bundle = control
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port = y_size bundle = control
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=return bundle=control
int line_buf[3][1920]; // supported HD resolution
int x, y;
int lap_fil_val;
int a, b;
int fl, sl, tl;
// RGB値をY（輝度成分）のみに変換し、ラプラシアンフィルタを掛けた。
Loop0: for (y=0; y<y_size; y++){
#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=48 max=600
Loop1: for (x=0; x<x_size; x++){
#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=64 max=800
if (y==0 || y==y_size-1){ // 縦の境界の時の値は0とする
lap_fil_val = 0;
}else if (x==0 || x==x_size-1){ // 横の境界の時も値は0とする
lap_fil_val = 0;
}else{
if (y == 1 && x == 1){ // 最初のラインの最初のピクセルでは2ライン分の画素を読み出す
Loop3: for (a=0; a<2; a++){ // 2ライン分
Loop4: for (b=0; b<x_size; b++){ // ライン
#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=64 max=800
line_buf[a][b] = cam_fb[(a*x_size)+b];
line_buf[a][b] = conv_rgb2y(line_buf[a][b]);
}
}
}
if (x == 1) { // ラインの最初なので、2つのピクセルを読み込む
Loop5: for (b=0; b<2; b++){ // ライン
line_buf[(y+1)%3][b] = cam_fb[((y+1)*x_size)+b];
// (y+1)%3 は、使用済みのラインがに読み込む、y=2 の時 line[0], y=3の時 line[1], y=4の時 line[2]
line_buf[(y+1)%3][b] = conv_rgb2y(line_buf[(y+1)%3][b]);
}
}
// 1つのピクセルを読み込みながらラプラシアン・フィルタを実行する
line_buf[(y+1)%3][x+1] = cam_fb[((y+1)*x_size)+(x+1)];
// (y+1)%3 は、使用済みのラインがに読み込む、y=2 の時 line[0], y=3の時 line[1], y=4の時 line[2]
line_buf[(y+1)%3][x+1] = conv_rgb2y(line_buf[(y+1)%3][x+1]);
fl = (y-1)%3; // 最初のライン, y=1 012, y=2 120, y=3 201, y=4 012
sl = y%3; // 2番めのライン
tl = (y+1)%3; // 3番目のライン
lap_fil_val = laplacian_fil(line_buf[fl][x-1], line_buf[fl][x], line_buf[fl][x+1], line_buf[sl][x-1], line_buf[sl][x], line_buf[sl][x+1], line_buf[tl][x-1], line_buf[tl][x], line_buf[tl][x+1]);
}
// ラプラシアンフィルタ・データの書き込み
lap_fb[(y*x_size)+x] = (lap_fil_val<<16)+(lap_fil_val<<8)+lap_fil_val ;
// printf("x = %d y = %d", x, y);
}
}
}
}
// RGBからYへの変換
// RGBのフォーマットは、{8'd0, R(8bits), G(8bits), B(8bits)}, 1pixel = 32bits
// 輝度信号Yのみに変換する。変換式は、Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
// "YUVフォーマット及び YUV<->RGB変換"を参考にした。http://vision.kuee.kyoto-u.ac.jp/~hiroaki/firewire/yuv.html
// 2013/09/27 : float を止めて、すべてint にした
int conv_rgb2y(int rgb){
int r, g, b, y_f;
int y;
b = rgb & 0xff;
g = (rgb>>8) & 0xff;
r = (rgb>>16) & 0xff;
y_f = 77*r + 150*g + 29*b; //y_f = 0.299*r + 0.587*g + 0.114*b;の係数に256倍した
y = y_f >> 8; // 256で割る
return(y);
}
// ラプラシアンフィルタ
// x0y0 x1y0 x2y0 -1 -1 -1
// x0y1 x1y1 x2y1 -1 8 -1
// x0y2 x1y2 x2y2 -1 -1 -1
int laplacian_fil(int x0y0, int x1y0, int x2y0, int x0y1, int x1y1, int x2y1, int x0y2, int x1y2, int x2y2)
{
int y;
y = -x0y0 -x1y0 -x2y0 -x0y1 +8*x1y1 -x2y1 -x0y2 -x1y2 -x2y2;
if (y<0)
y = 0;
else if (y>255)
y = 255;
return(y);
}
// laplacian_filter1_host.cpp
// 2019/12/09 by marsee
//
// Vitis-Tutorials/docs/mixing-c-rtl-kernels/reference-files/src/host/host_step1.cpp のコードを引用します
// https://github.com/Xilinx/Vitis-Tutorials/blob/master/docs/mixing-c-rtl-kernels/reference-files/src/host/host_step1.cpp
#define CL_HPP_CL_1_2_DEFAULT_BUILD
#define CL_HPP_TARGET_OPENCL_VERSION 120
#define CL_HPP_MINIMUM_OPENCL_VERSION 120
#define CL_HPP_ENABLE_PROGRAM_CONSTRUCTION_FROM_ARRAY_COMPATIBILITY 1
#define CL_USE_DEPRECATED_OPENCL_1_2_APIS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <vector>
#include <CL/cl2.hpp>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <CL/cl_ext_xilinx.h>
#include <unistd.h>
#include <limits.h>
#include <sys/stat.h>
#include "bmp_header.h"
int laplacian_fil_soft(int x0y0, int x1y0, int x2y0, int x0y1, int x1y1, int x2y1, int x0y2, int x1y2, int x2y2);
int conv_rgb2y_soft(int rgb);
int lap_filter_axim(volatile int *cam_fb, volatile int *lap_fb); // hardware
void laplacian_filter_soft(int *cam_fb, int *lap_fb, long width, long height); // software
static const std::string error_message =
"Error: Result mismatch:\n"
"i = %d CPU result = %d Device result = %d\n";
//Some Library functions to be used.
template <typename T>
struct aligned_allocator
{
using value_type = T;
T* allocate(std::size_t num)
{
void* ptr = nullptr;
if (posix_memalign(&ptr,4096,num*sizeof(T)))
throw std::bad_alloc();
return reinterpret_cast<T*>(ptr);
}
void deallocate(T* p, std::size_t num)
{
free(p);
}
};
#define OCL_CHECK(error,call) \
call; \
if (error != CL_SUCCESS) { \
printf("%s:%d Error calling " #call ", error code is: %d\n", \
__FILE__,__LINE__, error); \
exit(EXIT_FAILURE); \
}
namespace xcl {
std::vector<cl::Device> get_devices(const std::string& vendor_name) {
size_t i;
cl_int err;
std::vector<cl::Platform> platforms;
OCL_CHECK(err, err = cl::Platform::get(&platforms));
cl::Platform platform;
for (i = 0 ; i < platforms.size(); i++){
platform = platforms[i];
OCL_CHECK(err, std::string platformName = platform.getInfo<CL_PLATFORM_NAME>(&err));
if (platformName == vendor_name){
std::cout << "Found Platform" << std::endl;
std::cout << "Platform Name: " << platformName.c_str() << std::endl;
break;
}
}
if (i == platforms.size()) {
std::cout << "Error: Failed to find Xilinx platform" << std::endl;
exit(EXIT_FAILURE);
}
//Getting ACCELERATOR Devices and selecting 1st such device
std::vector<cl::Device> devices;
OCL_CHECK(err, err = platform.getDevices(CL_DEVICE_TYPE_ACCELERATOR, &devices));
return devices;
}
std::vector<cl::Device> get_xil_devices() {
return get_devices("Xilinx");
}
char* read_binary_file(const std::string &xclbin_file_name, unsigned &nb)
{
std::cout << "INFO: Reading " << xclbin_file_name << std::endl;
if(access(xclbin_file_name.c_str(), R_OK) != 0) {
printf("ERROR: %s xclbin not available please build\n", xclbin_file_name.c_str());
exit(EXIT_FAILURE);
}
//Loading XCL Bin into char buffer
std::cout << "Loading: '" << xclbin_file_name.c_str() << "'\n";
std::ifstream bin_file(xclbin_file_name.c_str(), std::ifstream::binary);
bin_file.seekg (0, bin_file.end);
nb = bin_file.tellg();
bin_file.seekg (0, bin_file.beg);
char *buf = new char [nb];
bin_file.read(buf, nb);
return buf;
}
};
int main(int argc, char* argv[])
{
long x, y;
BITMAPFILEHEADER bmpfhr; // BMPファイルのファイルヘッダ(for Read)
BITMAPINFOHEADER bmpihr; // BMPファイルのINFOヘッダ(for Read)
FILE *fbmpr, *fbmpw;
int blue, green, red;
const char* xclbinFilename;
if (argc==2) {
xclbinFilename = argv[1];
std::cout <<"Using FPGA binary file specfied through the command line: " << xclbinFilename << std::endl;
}
else {
xclbinFilename = "../lap_filter_axim.xclbin";
std::cout << "No FPGA binary file specified through the command line, using:" << xclbinFilename <<std::endl;
}
if ((fbmpr = fopen("test.bmp", "rb")) == NULL){ // test.bmp をオープン
fprintf(stderr, "Can't open test.bmp by binary read mode\n");
exit(1);
}
// bmpヘッダの読み出し
fread(&bmpfhr.bfType, sizeof(uint16_t), 1, fbmpr);
fread(&bmpfhr.bfSize, sizeof(uint32_t), 1, fbmpr);
fread(&bmpfhr.bfReserved1, sizeof(uint16_t), 1, fbmpr);
fread(&bmpfhr.bfReserved2, sizeof(uint16_t), 1, fbmpr);
fread(&bmpfhr.bfOffBits, sizeof(uint32_t), 1, fbmpr);
fread(&bmpihr, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fbmpr);
// ピクセルを入れるメモリをアロケートする
std::vector<int,aligned_allocator<int>> rd_bmp(bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight);
std::vector<int,aligned_allocator<int>> hw_lapd(bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight);
std::vector<int,aligned_allocator<int>> sw_lapd(bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight);
size_t size_in_bytes = (bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight) * sizeof(int);
// rd_bmp にBMPのピクセルを代入。その際に、行を逆転する必要がある
for (y=0; y<bmpihr.biHeight; y++){
for (x=0; x<bmpihr.biWidth; x++){
blue = fgetc(fbmpr);
green = fgetc(fbmpr);
red = fgetc(fbmpr);
rd_bmp[((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x] = (blue & 0xff) | ((green & 0xff)<<8) | ((red & 0xff)<<16);
}
}
fclose(fbmpr);
std::vector<cl::Device> devices = xcl::get_xil_devices();
cl::Device device = devices[0];
devices.resize(1);
// Creating Context and Command Queue for selected device
cl::Context context(device);
cl::CommandQueue q(context, device, CL_QUEUE_PROFILING_ENABLE);
// Load xclbin
std::cout << "Loading: '" << xclbinFilename << "'\n";
std::ifstream bin_file(xclbinFilename, std::ifstream::binary);
bin_file.seekg (0, bin_file.end);
unsigned nb = bin_file.tellg();
bin_file.seekg (0, bin_file.beg);
char *buf = new char [nb];
bin_file.read(buf, nb);
// Creating Program from Binary File
cl::Program::Binaries bins;
bins.push_back({buf,nb});
cl::Program program(context, devices, bins);
// This call will get the kernel object from program. A kernel is an
// OpenCL function that is executed on the FPGA.
cl::Kernel krnl_lap_filter(program,"lap_filter_axim");
// These commands will allocate memory on the Device. The cl::Buffer objects can
// be used to reference the memory locations on the device.
cl::Buffer rd_bmp_buf(context, CL_MEM_USE_HOST_PTR | CL_MEM_READ_ONLY,
size_in_bytes, rd_bmp.data());
cl::Buffer hw_lapd_buf(context, CL_MEM_USE_HOST_PTR | CL_MEM_READ_WRITE,
size_in_bytes, hw_lapd.data());
// Data will be transferred from system memory over PCIe to the FPGA on-board
// DDR memory.
q.enqueueMigrateMemObjects({rd_bmp_buf},0/* 0 means from host*/);
//set the kernel Arguments
krnl_lap_filter.setArg(0,rd_bmp_buf);
krnl_lap_filter.setArg(1,hw_lapd_buf);
krnl_lap_filter.setArg(2,bmpihr.biWidth);
krnl_lap_filter.setArg(3,bmpihr.biHeight);
//Launch the Kernel
q.enqueueTask(krnl_lap_filter);
// The result of the previous kernel execution will need to be retrieved in
// order to view the results. This call will transfer the data from FPGA to
// source_results vector
q.enqueueMigrateMemObjects({hw_lapd_buf},CL_MIGRATE_MEM_OBJECT_HOST);
q.finish();
laplacian_filter_soft(rd_bmp.data(), sw_lapd.data(), bmpihr.biWidth, bmpihr.biHeight); // ソフトウェアのラプラシアン・フィルタ
// ハードウェアとソフトウェアのラプラシアン・フィルタの値のチェック
for (y=0; y<bmpihr.biHeight; y++){
for (x=0; x<bmpihr.biWidth; x++){
if (hw_lapd[y*bmpihr.biWidth+x] != sw_lapd[y*bmpihr.biWidth+x]){
printf("ERROR HW and SW results mismatch x = %ld, y = %ld, HW = %d, SW = %d\n", x, y, hw_lapd[y*bmpihr.biWidth+x], sw_lapd[y*bmpihr.biWidth+x]);
//return(1);
}
}
}
printf("Success HW and SW results match\n");
// ハードウェアのラプラシアンフィルタの結果を temp_lap.bmp へ出力する
if ((fbmpw=fopen("temp_lap.bmp", "wb")) == NULL){
fprintf(stderr, "Can't open temp_lap.bmp by binary write mode\n");
exit(1);
}
// BMPファイルヘッダの書き込み
fwrite(&bmpfhr.bfType, sizeof(uint16_t), 1, fbmpw);
fwrite(&bmpfhr.bfSize, sizeof(uint32_t), 1, fbmpw);
fwrite(&bmpfhr.bfReserved1, sizeof(uint16_t), 1, fbmpw);
fwrite(&bmpfhr.bfReserved2, sizeof(uint16_t), 1, fbmpw);
fwrite(&bmpfhr.bfOffBits, sizeof(uint32_t), 1, fbmpw);
fwrite(&bmpihr, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fbmpw);
// RGB データの書き込み、逆順にする
for (y=0; y<bmpihr.biHeight; y++){
for (x=0; x<bmpihr.biWidth; x++){
blue = hw_lapd[((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x] & 0xff;
green = (hw_lapd[((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x] >> 8) & 0xff;
red = (hw_lapd[((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x]>>16) & 0xff;
fputc(blue, fbmpw);
fputc(green, fbmpw);
fputc(red, fbmpw);
}
}
fclose(fbmpw);
return(0);
}
void laplacian_filter_soft(int *cam_fb, int *lap_fb, long width, long height)
{
int **line_buf;
int *lap_buf;
int x, y, i;
int lap_fil_val;
int a, b;
int fl, sl, tl;
// line_buf の1次元目の配列をアロケートする
if ((line_buf =(int **)malloc(sizeof(int *) * 3)) == NULL){
fprintf(stderr, "Can't allocate line_buf[3][]\n");
exit(1);
}
// メモリをアロケートする
for (i=0; i<3; i++){
if ((line_buf[i]=(int *)malloc(sizeof(int) * width)) == NULL){
fprintf(stderr, "Can't allocate line_buf[%d]\n", i);
exit(1);
}
}
if ((lap_buf=(int *)malloc(sizeof(int) * (width))) == NULL){
fprintf(stderr, "Can't allocate lap_buf memory\n");
exit(1);
}
// RGB値をY（輝度成分）のみに変換し、ラプラシアンフィルタを掛けた。
for (y=0; y<height; y++){
for (x=0; x<width; x++){
if (y==0 || y==height-1){ // 縦の境界の時の値は0とする
lap_fil_val = 0;
}else if (x==0 || x==width-1){ // 横の境界の時も値は0とする
lap_fil_val = 0;
}else{
if (y == 1 && x == 1){ // 最初のラインの最初のピクセルでは2ライン分の画素を読み出す
for (a=0; a<2; a++){ // 2ライン分
for (b=0; b<width; b++){ // ライン
line_buf[a][b] = cam_fb[(a*width)+b];
line_buf[a][b] = conv_rgb2y_soft(line_buf[a][b]);
}
}
}
if (x == 1) { // ラインの最初なので、2つのピクセルを読み込む
for (b=0; b<2; b++){ // ライン
line_buf[(y+1)%3][b] = cam_fb[((y+1)*width)+b];
// (y+1)%3 は、使用済みのラインがに読み込む、y=2 の時 line[0], y=3の時 line[1], y=4の時 line[2]
line_buf[(y+1)%3][b] = conv_rgb2y_soft(line_buf[(y+1)%3][b]);
}
}
// 1つのピクセルを読み込みながらラプラシアン・フィルタを実行する
line_buf[(y+1)%3][x+1] = cam_fb[((y+1)*width)+(x+1)];
// (y+1)%3 は、使用済みのラインがに読み込む、y=2 の時 line[0], y=3の時 line[1], y=4の時 line[2]
line_buf[(y+1)%3][x+1] = conv_rgb2y_soft(line_buf[(y+1)%3][x+1]);
fl = (y-1)%3; // 最初のライン, y=1 012, y=2 120, y=3 201, y=4 012
sl = y%3; // 2番めのライン
tl = (y+1)%3; // 3番目のライン
lap_fil_val = laplacian_fil_soft(line_buf[fl][x-1], line_buf[fl][x], line_buf[fl][x+1], line_buf[sl][x-1], line_buf[sl][x], line_buf[sl][x+1], line_buf[tl][x-1], line_buf[tl][x], line_buf[tl][x+1]);
}
// ラプラシアンフィルタ・データの書き込み
lap_fb[(y*width)+x] = (lap_fil_val<<16)+(lap_fil_val<<8)+lap_fil_val ;
}
}
free(lap_buf);
for (i=0; i<3; i++)
free(line_buf[i]);
free(line_buf);
}
// RGBからYへの変換
// RGBのフォーマットは、{8'd0, R(8bits), G(8bits), B(8bits)}, 1pixel = 32bits
// 輝度信号Yのみに変換する。変換式は、Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
// "YUVフォーマット及び YUV<->RGB変換"を参考にした。http://vision.kuee.kyoto-u.ac.jp/~hiroaki/firewire/yuv.html
// 2013/09/27 : float を止めて、すべてint にした
int conv_rgb2y_soft(int rgb){
int r, g, b, y_f;
int y;
b = rgb & 0xff;
g = (rgb>>8) & 0xff;
r = (rgb>>16) & 0xff;
y_f = 77*r + 150*g + 29*b; //y_f = 0.299*r + 0.587*g + 0.114*b;の係数に256倍した
y = y_f >> 8; // 256で割る
return(y);
}
// ラプラシアンフィルタ
// x0y0 x1y0 x2y0 -1 -1 -1
// x0y1 x1y1 x2y1 -1 8 -1
// x0y2 x1y2 x2y2 -1 -1 -1
int laplacian_fil_soft(int x0y0, int x1y0, int x2y0, int x0y1, int x1y1, int x2y1, int x0y2, int x1y2, int x2y2)
{
int y;
y = -x0y0 -x1y0 -x2y0 -x0y1 +8*x1y1 -x2y1 -x0y2 -x1y2 -x2y2;
if (y<0)
y = 0;
else if (y>255)
y = 255;
return(y);
}
| 日 | 月 | 火 | 水 | 木 | 金 | 土 |
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| 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
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