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Vivado HLS 2019.2 で HLS Video Library を使用した Sobel フィルタを作る1

前回まで、xfOpenCV で Sobel フィルタを実装してきたが、Vivado HLS には旧 OpenCV のスキームがまだ、 2019.2 でも備わっている。それが HLS Video Library だ。Xilinx Wiki に HLS Video Library の資料がある
HLS Video Library の hls::Sobel() を使って、Sobel フィルタを実装してみよう。
実は”FPGAの部屋”のブログで 1 度 HLS Video Library で Sobel フィルタを実装してある。下に示す。
Vivado HLS 2015.4 で OpenCV を使ってみた3(Sobelフィルタを試した1)
Vivado HLS 2015.4 で OpenCV を使ってみた4(Sobelフィルタを試した2)
Vivado HLS 2015.4 で OpenCV を使ってみた5(Sobelフィルタを試した3)
Vivado HLS 2015.4 で OpenCV を使ってみた6(Sobelフィルタを試した4)

今回は、”Vivado HLS 2015.4 で OpenCV を使ってみた3(Sobelフィルタを試した1)”のソースコードを少し変更してやってみよう。

最初に、sobel_filter_hvl.h を示す。

// sobel_filter_hvl.h
// 2020/02/25 by marsee

#ifndef __SOBEL_FILTER_HVL_H__
#define __SOBEL_FILTER_HVL_H__

#include "ap_axi_sdata.h"
#include "hls_video.h"

#define MAX_HEIGHT    600
#define MAX_WIDTH    800

typedef hls::stream<ap_axiu<32,1,1,1> > AXI_STREAM;
typedef hls::Scalar<3, unsigned char> RGB_PIXEL;
typedef hls::Mat<MAX_HEIGHT, MAX_WIDTH, HLS_8UC3> RGB_IMAGE;
typedef hls::Mat<MAX_HEIGHT, MAX_WIDTH, HLS_8UC1> GRAY_IMAGE;
#endif



ソースコードの sobel_filter_hvl.cpp を示す。横方向の Sobel フィルタとなっている。

// sobel_filter_hvl.cpp
// 2020/02/25 by marsee

// 2016/04/03 : グレー変換あり Sobel フィルタ

#include "sobel_filter_hvl.h"

void sobel_filter(AXI_STREAM& INPUT_STREAM, AXI_STREAM& OUTPUT_STREAM, int rows, int
cols) {
#pragma HLS DATAFLOW
#pragma HLS INTERFACE ap_stable port=cols
#pragma HLS INTERFACE ap_stable port=rows
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=return
#pragma HLS INTERFACE axis register both port=OUTPUT_STREAM
#pragma HLS INTERFACE axis register both port=INPUT_STREAM
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=cols
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=rows

    RGB_IMAGE img_0(rows, cols);
    GRAY_IMAGE img_1g(rows, cols);
    GRAY_IMAGE img_2g(rows, cols);
    RGB_IMAGE img_3(rows, cols);

    hls::AXIvideo2Mat(INPUT_STREAM, img_0);
    hls::CvtColor<HLS_BGR2GRAY>(img_0, img_1g);
    hls::Sobel<1,0,3>(img_1g, img_2g);
    hls::CvtColor<HLS_GRAY2BGR>(img_2g, img_3);
    hls::Mat2AXIvideo(img_3, OUTPUT_STREAM);
}


テストベンチの sobel_filter_hvl_tb.cpp を示す。

// sobel_filter_hvl_tb.cpp
// 2020/02/25 by marsee

// OpenCV 2 の Mat を使用したバージョン
// 2016/04/03 : グレー変換あり Sobel フィルタ

#include <iostream>
#include "hls_opencv.h"
#include "sobel_filter_hvl.h"

using namespace cv;

#define INPUT_IMAGE        "test2.jpg"
#define OUTPUT_IMAGE    "test2_result.jpg"
#define OUTPUT_IMAGE_CV    "test2_result_cv.jpg"

void sobel_filter(AXI_STREAM& INPUT_STREAM, AXI_STREAM& OUTPUT_STREAM, int rows, int
cols);
void opencv_sobel_filter(Mat& src, Mat& dst);

int main (int argc, char** argv) {
    // OpenCV で 画像を読み込む
    Mat src = imread(INPUT_IMAGE);
    AXI_STREAM src_axi, dst_axi;

    // Mat フォーマットから AXI4 Stream へ変換
    cvMat2AXIvideo(src, src_axi);

    // image_filter() 関数をコール
    sobel_filter(src_axi, dst_axi, src.rows, src.cols);

    // AXI4 Stream から Mat フォーマットへ変換
    // dst は宣言時にサイズとカラー・フォーマットを定義する必要がある
    Mat dst(src.rows, src.cols, CV_8UC3);
    AXIvideo2cvMat(dst_axi, dst);

    // Mat フォーマットからファイルに書き込み
    imwrite(OUTPUT_IMAGE, dst);

    // opencv_image_filter() をコール
    Mat dst_cv(src.rows, src.cols, CV_8UC3);
    opencv_sobel_filter(src, dst_cv);
    imwrite(OUTPUT_IMAGE_CV, dst_cv);

    // dst と dst_cv が同じ画像かどうか?比較する
    for (int y=0; y<src.rows; y++){
        Vec3b* dst_ptr = dst.ptr<Vec3b>(y);
        Vec3b* dst_cv_ptr = dst_cv.ptr<Vec3b>(y);
        for (int x=0; x<src.cols; x++){
            Vec3b dst_bgr = dst_ptr[x];
            Vec3b dst_cv_bgr = dst_cv_ptr[x];

            // bgr のどれかが間違っていたらエラー
            if (dst_bgr[0] != dst_cv_bgr[0] || dst_bgr[1] != dst_cv_bgr[1] || dst_bgr[2] != dst_cv_bgr[2]){
                printf("x = %d, y = %d,  Error dst=%d,%d,%d dst_cv=%d,%d,%d\n", x, y,
                        dst_bgr[0], dst_bgr[1], dst_bgr[0], dst_cv_bgr[0], dst_cv_bgr[1], dst_cv_bgr[2]);
                //return 1;
            }
        }
    }
    printf("Test with 0 errors.\n");

    return 0;
}

void opencv_sobel_filter(Mat& src, Mat& dst){
    Mat gray(src.rows, src.cols, CV_8UC1);
    Mat img0g(src.rows, src.cols, CV_8UC1);

    cvtColor(src, gray, CV_BGR2GRAY);
    Sobel(gray, img0g, IPL_DEPTH_16S, 1, 0, 3);
    cvtColor(img0g, dst, CV_GRAY2BGR);

}


Vivado HLS 2019.2 の sobel_filter プロジェクトを示す。このプロジェクトは、Ultra96 用のクロック周期が 5 ns のプロジェクトだ。
HLS_Video_Library_1_200225.png
  1. 2020年02月25日 05:05 |
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