Введение в библиотеку IPP

Разбить на страницы

Показывать лекцию целиком

Презентацию к лекции Вы можете скачать здесь.

1. Обзор библиотеки Intel IPP

1.1. Обзор библиотеки

Одним из популярных вариантов использования современных ЭВМ является выполнение мультимедийных приложений. Кодирование и декодирование видео- и аудиоданных, обработка изображений и сигналов зачастую требует значительного объема вычислительных ресурсов, что может накладывать определенные ограничения на используемое программное обеспечение. Другим немаловажным фактором, требующим эффективного использования вычислительных ресурсов, является время автономной работы мобильного устройства (ноутбука, планшетного компьютера, смартфона).

Необходимо отметить, что многие высокоуровневые алгоритмы обработки мультимедиа данных в итоге сводятся к базовым операциям над простыми структурами (например, массивами), прич?м производительность этих операций существенно влияет на производительность алгоритма в целом. Некоторые из базовых операций могут использоваться различными высокоуровневыми алгоритмами. Исходя из этих факторов, представляется целесообразным выполнять оптимизацию именно низкоуровневых функций. Данный подход лежит в основе разработанной компанией Intel библиотеки Integrated Performance Primitives [ 1 ], которая представляет собой набор кроссплатформенных библиотек, содержащих большое количество низкоуровневых оптимизированных под Intel CPU функций, которые могут быть использованы при разработке различных мультимедийных приложений таких как:

Видео-кодеки: H.264, MPEG2, MPEG4, VC-1

Аудио-кодеки: AAC, AC3, MP3

Сжатие изображений (кодеки JPEG, JPEG2000, JPEGXR)

Обработка изображений

Обработка сигналов

Сжатие естественной речи (кодеки AMR, AMR-WBE, G.711, G.722, G.723. G.726, G.728, G.729, GSM-AMR, GSM-MFR)

Криптографические приложения

1.2. Структура библиотеки и модель использования

Как было сказано выше, библиотека Intel IPP представляет собой набор оптимизированных реализаций базовых (низкоуровневых) операций (данные реализации поставляются в бинарном виде). Логически библиотеку можно разделить на 3 больших модуля: обработка сигналов (одномерных массивов), обработка изображений и видео, операции над матрицами небольшого размера и реалистичный рендеринг. Для того чтобы облегчить процесс разработки ПО с использованием библиотеки, отдельно в виде исходных кодов поставляются высокоуровневые API для аудио и видеокодеков, функций обработки изображений и речи. Данные API могут быть использованы при разработке собственных приложений. Графически модель использования библиотеки представлена на Рис. 1.

(рис 5.1) Структура и модель использования библиотеки Intel IPP

1.3. Типы данных и именование функций

Имена функций в библиотеке Intel IPP имеют следующую структуру:

ipp<data-domain><name>|_<datatype>||_<descriptor>|(<parameters>)

Рассмотрим подробнее назначение отдельных частей в данной структуре.

<data-domain> - тип обрабатываемых данных:

s (signal) – одномерный массив

i (image, video) – двухмерный массив пикселей

m (matrice) – матрицы или вектора

r – исходные данные для функций реалистичного рендеринга изображений и обработки 3D данных (представление данных зависит от используемой функции)

Примеры: ipps, ippi, ippm, ippr

<name> = <operation>[_modifier] - имя функции:

<operation> - символическое название выполняемой операции

modifier (дополнительный параметр) – дополнительная спецификация функции

Примеры: Copy, Malloc, DCTFwd_CToC (прямое дискретное косинус-преобразование, в котором входные и выходные значения являются комплексными)

<datatype> = <bit_depth><bit_interpretation> – тип обрабатываемых данных:

<bit_depth> = 1|8|16|32|64 (размер элемента данных (в битах))

<bit_interpretation> = <u|s|f>[c]

u – целые числа без знака

s – целые числа со знаком

f – вещественные числа

c – комплексные числа

Intel IPP поддерживает следующие типы данных:

Тип	Тип C/++	Тип Intel IPP
8u	unsigned char	Ipp8u
8s	signed char	Ipp8s
16u	unsigned short	Ipp16u
16s	signed short	Ipp16s
16sc	complex short	Ipp16sc
32u	unsigned int	Ipp32u
32s	signed int	Ipp32s
32f	float	Ipp32f
32fc	complex float	Ipp32fc
64s	__int64 (long long)	Ipp64s
64f	double	Ipp64f
64fc	complex double	Ipp64fc

В случае, если у функции есть несколько аргументов разных типов (или тип выходных данных отличается от типа входных данных), используется следующий формат типа обрабатываемых данных: <datatype> = <src1Datatype>[src2Datatype][dstDatatype]

<descriptor> - описание дополнительных особенностей данных, обрабатываемых функцией

Примеры:

M – используется маска, определяющая пиксели изображения, которые будут обработаны функцией

R – функция обрабатывает определенную область изображения (ROI – region of interest)

<parameters> – параметры функции; указываются в следующем порядке:

входные аргументы

выходные аргументы

дополнительные аргументы

Рассмотрим функцию ippiCopy_8u_C3R. Согласно описанной выше структуре, данная функция копирует ( <name> = Copy) изображение (ippi, <data_domain> = i), элементами которого являются 8-битные целые числа без знака (<data_type> = 8u). Изображение является трехканальным (C3, <descriptor> = C3R), копирование осуществляется из заданной области изображения (R, <descriptor> = C3R).

1.4. Инициализация библиотеки. Выделение и освобождение памяти.

Функции библиотеки Intel IPP оптимизированы под широкий набор архитектур. Для выбора оптимальной реализации для среды, в которой выполняется программа, необходимо в е? начале вызвать следующие функции (в зависимости от типа используемой линковки)

    IppStatus ippStaticInit(void)

Функция определяет тип используемого процессора и выбирает наиболее подходящий для данного процессора статический код. Данная функция применима лишь при статической линковке.

IppStatus ippInit(void))

Функция определяет тип используемого процессора и выбирает наиболее подходящий для данного процессора код.

Одним из факторов, влияющих на производительность функций библиотеки Intel IPP, является использование выровненных данных. Для выделения и освобождения памяти, выровненной по 32 байт, под произвольные данные используются следующие функции:

void* ippMalloc(int length) 
void ippFree(void* ptr)

Для выделения данных под одномерные массивы (сигналы) используется следующее семейство функций:

Ipp<datatype>* ippsMalloc_<datatype>(int len)

которое выделяет массив, состоящий из элементов типа <datatype> длины len.

Для освобождения памяти, выделенной при помощи ippsMalloc необходимо использовать функцию ippsFree.

При работе с изображениями/видео память под обрабатываемые данные выделяется при помощи функций вида

Ipp<datatype>* ippiMalloc_<mod>(int widthPixels, int 
heightPixels, int* pStepBytes)

widthPixels – ширина изображения (в пикселях).

heightPixels – высота изображения (в пикселях).

pStepBytes (выходной параметр) – расстояние между последовательными строками в изображении (в байтах).

<mod> – число каналов в изображении и формат данных (например, 8u_C3 – трехканальное изображение, интенсивность каждого пикселя описывается unsigned char)

Память, выделенную с помощью ippiMalloc, необходимо освобождать с использованием функции ippiFree.

1.5. Вопросы производительности

1.6. Создание приложения в среде Microsoft Visual Studio 2010

Рассмотрим пример создания приложения, использующего библиотеку Intel IPP, в среде Microsoft Visual Studio 2010.

Запустите приложение Microsoft Visual Studio 2010.

В меню File выполните команду New$$\rightarrow$$Project….

Как показано на рис. 2, в диалоговом окне New Project в типах проекта выберите Win32, в шаблонах Win32 Console Application, в поле Name введите название проекта (ipp_demo), в поле Location укажите путь к папке, в которой будут сохранены с лабораторными работами. Нажмите OK.

(рис 5.2) Создание решения для лабораторной работы

В диалоговом окне Win32 Application Wizard нажмите Next (или выберите Application Settings в дереве слева) и установите флаг Empty Project. Нажмите Finish.

В окне Solution Explorer в папке Source Files выполните команду контекстного меню Add$$\rightarrow$$New Item…. В дереве категорий слева выберите Code, в шаблонах справа – C++ File (.cpp), в поле Name введите имя файла main.

(рис 5.3) Добавление cpp файла в проект

Нажмите Add. В результате выполненной последовательности действий в окне редактора кода Visual Studio будет открыт пустой файл main.cpp.

Введите исходный код программы. Данное приложение инициализирует библиотеку, выделяет память под три одномерных массива a, b и c, заполняет массивы a и b данными, вычисляет поэлементную сумму этих массивов и помещает результат в массив с, печатает результат и освобождает память, выделенную под массивы.

#include "ipp.h" 
#include <stdio.h> 
void main() 
{ 
  int n = 5; 
  ippInit(); 
  Ipp32f* a = ippsMalloc_32f(n); 
  Ipp32f* b = ippsMalloc_32f(n); 
  Ipp32f* c = ippsMalloc_32f(n); 
  for (int i = 0; i < n; i++) 
  { 
    a[i] = (float)i; 
    b[i] = (float)(10 - i); 
  } 
  ippsAdd_32f(a, b, c, n); 
  for (int i = 0; i < n; i++) 
  { 
    printf("%.3f + %.3f = %.3f\n",a[i],b[i], c[i]); 
  } 
  ippsFree(a); 
  ippsFree(b); 
  ippsFree(c); 
}

Выполните команду контекстного меню Properties, чтобы получить доступ к настройкам проекта. Откройте вкладку Configuration Properties$$\rightarrow$$Intel Performance Libraries$$\rightarrow$$Use IPP . Выберите один из предлагаемых способов линковки (Shared DLL, Single-threaded static library, Multi-threaded static library).

(рис 5.4) Окно настроек проекта

Запустите компиляцию и сборку приложения.

Страницы:

Презентацию к лекции Вы можете скачать здесь.

1. Обзор библиотеки Intel IPP

1.1. Обзор библиотеки

Видео-кодеки: H.264, MPEG2, MPEG4, VC-1

Аудио-кодеки: AAC, AC3, MP3

Сжатие изображений (кодеки JPEG, JPEG2000, JPEGXR)

Обработка изображений

Обработка сигналов

Сжатие естественной речи (кодеки AMR, AMR-WBE, G.711, G.722, G.723. G.726, G.728, G.729, GSM-AMR, GSM-MFR)

Криптографические приложения

1.2. Структура библиотеки и модель использования

(рис 5.1) Структура и модель использования библиотеки Intel IPP

1.3. Типы данных и именование функций

Имена функций в библиотеке Intel IPP имеют следующую структуру:

ipp<data-domain><name>|_<datatype>||_<descriptor>|(<parameters>)

Рассмотрим подробнее назначение отдельных частей в данной структуре.

<data-domain> - тип обрабатываемых данных:

s (signal) – одномерный массив

i (image, video) – двухмерный массив пикселей

m (matrice) – матрицы или вектора

Примеры: ipps, ippi, ippm, ippr

<name> = <operation>[_modifier] - имя функции:

<operation> - символическое название выполняемой операции

modifier (дополнительный параметр) – дополнительная спецификация функции

<datatype> = <bit_depth><bit_interpretation> – тип обрабатываемых данных:

<bit_depth> = 1|8|16|32|64 (размер элемента данных (в битах))

<bit_interpretation> = <u|s|f>[c]

u – целые числа без знака

s – целые числа со знаком

f – вещественные числа

c – комплексные числа

Intel IPP поддерживает следующие типы данных:

Тип	Тип C/++	Тип Intel IPP
8u	unsigned char	Ipp8u
8s	signed char	Ipp8s
16u	unsigned short	Ipp16u
16s	signed short	Ipp16s
16sc	complex short	Ipp16sc
32u	unsigned int	Ipp32u
32s	signed int	Ipp32s
32f	float	Ipp32f
32fc	complex float	Ipp32fc
64s	__int64 (long long)	Ipp64s
64f	double	Ipp64f
64fc	complex double	Ipp64fc

<descriptor> - описание дополнительных особенностей данных, обрабатываемых функцией

Примеры:

M – используется маска, определяющая пиксели изображения, которые будут обработаны функцией

R – функция обрабатывает определенную область изображения (ROI – region of interest)

<parameters> – параметры функции; указываются в следующем порядке:

входные аргументы

выходные аргументы

дополнительные аргументы

1.4. Инициализация библиотеки. Выделение и освобождение памяти.

    IppStatus ippStaticInit(void)

IppStatus ippInit(void))

Функция определяет тип используемого процессора и выбирает наиболее подходящий для данного процессора код.

void* ippMalloc(int length) 
void ippFree(void* ptr)

Для выделения данных под одномерные массивы (сигналы) используется следующее семейство функций:

Ipp<datatype>* ippsMalloc_<datatype>(int len)

которое выделяет массив, состоящий из элементов типа <datatype> длины len.

Для освобождения памяти, выделенной при помощи ippsMalloc необходимо использовать функцию ippsFree.

При работе с изображениями/видео память под обрабатываемые данные выделяется при помощи функций вида

Ipp<datatype>* ippiMalloc_<mod>(int widthPixels, int 
heightPixels, int* pStepBytes)

widthPixels – ширина изображения (в пикселях).

heightPixels – высота изображения (в пикселях).

pStepBytes (выходной параметр) – расстояние между последовательными строками в изображении (в байтах).

Память, выделенную с помощью ippiMalloc, необходимо освобождать с использованием функции ippiFree.

1.5. Вопросы производительности

1.6. Создание приложения в среде Microsoft Visual Studio 2010

Рассмотрим пример создания приложения, использующего библиотеку Intel IPP, в среде Microsoft Visual Studio 2010.

Запустите приложение Microsoft Visual Studio 2010.

В меню File выполните команду New$$\rightarrow$$Project….

(рис 5.2) Создание решения для лабораторной работы

(рис 5.3) Добавление cpp файла в проект

#include "ipp.h" 
#include <stdio.h> 
void main() 
{ 
  int n = 5; 
  ippInit(); 
  Ipp32f* a = ippsMalloc_32f(n); 
  Ipp32f* b = ippsMalloc_32f(n); 
  Ipp32f* c = ippsMalloc_32f(n); 
  for (int i = 0; i < n; i++) 
  { 
    a[i] = (float)i; 
    b[i] = (float)(10 - i); 
  } 
  ippsAdd_32f(a, b, c, n); 
  for (int i = 0; i < n; i++) 
  { 
    printf("%.3f + %.3f = %.3f\n",a[i],b[i], c[i]); 
  } 
  ippsFree(a); 
  ippsFree(b); 
  ippsFree(c); 
}

(рис 5.4) Окно настроек проекта

Запустите компиляцию и сборку приложения.

Занятие пройдено

Предыдущее занятие Занятие пройдено Следующее занятие

Вернуться к учебному плану

Введение в библиотеку IPP

1. Обзор библиотеки Intel IPP

1.1. Обзор библиотеки

1.2. Структура библиотеки и модель использования

1.3. Типы данных и именование функций

1.4. Инициализация библиотеки. Выделение и освобождение памяти.

1.5. Вопросы производительности

1.6. Создание приложения в среде Microsoft Visual Studio 2010

1. Обзор библиотеки Intel IPP

1.1. Обзор библиотеки

1.2. Структура библиотеки и модель использования

1.3. Типы данных и именование функций

1.4. Инициализация библиотеки. Выделение и освобождение памяти.

1.5. Вопросы производительности

1.6. Создание приложения в среде Microsoft Visual Studio 2010

Купить дополнительную попытку

Вы действительно хотите купить ещё одну попытку для прохождения тестирования?

Успешно!

Напишите нам, если у вас есть вопросы

Уважаемые пользователи ИНТУИТ!

Уважаемые пользователи ИНТУИТ!

Добро пожаловать на обновлённый сайт НОУ «ИНТУИТ»!