带Teensy和Python的LED条纹

Question

我目前正在进行一个项目，以控制LED条纹，这是连接到一个Teensy 3.2板，这是连接到Windows PC。它在技术上是基于这个项目：OctoWS2811.html

还有一个用vvvv实现的项目：https://vvvv.org/contribution/realtime-led-control-with-teensy3.xoctows2811

到目前为止，两人都工作得很好。我要做的是将movie2serial程序(关于pjrc.com上的项目)移植到Python。

所以我发现了这个项目：py

它不是从盒子里出来的，但是经过一些修改，我就可以运行它了。下面是类的代码，它接收图像，将其转换为字节数组，并将其发送到串口：

import serial
import numpy as np

class Teensy:
  def __init__(self, port='COM3', baudrate=115200, stripes=4, leds=180):
    self.stripes = stripes
    self.leds = leds
    self.connected = True
    try:
      self.port = serial.Serial(port, baudrate)
    except:
      self.connected = False

  def close(self):
    if not self.connected:
      return
    self.black_out()
    self.port.close()

  def send(self, image):
    data = list(self.image2data(image))
    data.insert(0, 0x00)
    data.insert(0, 0x00)
    data.insert(0, ord('*'))
    if not self.connected:
      return
    self.port.write(''.join(chr(b) for b in data).encode())

  def black_out(self):
    self.send(np.zeros((self.leds,self.stripes,3), np.uint8))

  def image2data(self, image):
    buffer = np.zeros((8*self.leds*3), np.uint8)
    byte_count = 0
    order = [1,2,0]
    for led in range(self.leds):
      for channel in range(3):
        for bit in range(8):
          bits_out = 0
          for pin in range(self.stripes):
            if 0x80 >> bit & image[led,pin,order[channel]]:
              bits_out |= 1 << pin
          buffer[byte_count] = bits_out
          byte_count += 1
    return buffer

它正在工作，但速度很慢(在我的计算机上是13 FPS )。

为了解释代码:我用cv2创建了一个简单的动画，并将图像(4x180个像素的numpy ndarray，因为我有4个LED条纹，每个带180个LED)发送到Teensy实例的发送方法。发送方法将图像发送到image2data方法，将图像转换为字节数组，在开头放置几个字节，并将整个过程发送给Teensy。

在这个代码中有两个瓶颈：

1. 写入串口(方法发送中的self.port.write)。也许它不能加快速度，这是可以接受的。

但更重要的是：

1. 访问图像数组(方法image2data中的图像[led，pin，orderchannel] )。当我换行时，例如： 如果0x80 >>位& 255：

代码运行速度要快6-7倍(~ 80 FPS)。顺便说一句，orderchannel用于将颜色从BGR转换为GRB。

长话短说:从图像阵列读取颜色非常缓慢。如何在方法image2data中加快图像数组到字节数组的转换？

当你谈到这一点的时候，谢谢你的耐心:-)我很抱歉这么长的职位，但这是一个复杂的项目，不容易向我解释。我非常感谢你的帮助，也许其他人也能从中受益。

谢谢你，艾尔

Answer 1

通过将order[channel]提升到内环之外(通过将channel_index = order[channel]保存在order上)，第二个热点就可以得到改善。

if 0x80 >> bit & image[led,pin,channel_index]:

这将是一个小小的进步。它还看起来，提升0x80 >> bit的水平，可以节省8次冗余计算。把它保存为mask，然后你就可以

if mask & image[led,pin,channel_index]:

加起来，这些可能值几个FPS。

但是，看看您的代码，这些循环嵌套的方式看上去是错误的。对于180 x 4 RGB LED，我希望您需要发送180 x 4×3字节到Teensy。但是代码正在发送3x180x8，这两个内部循环是否有可能需要倒转呢？

Answer 2

谢谢你的回答和改进。稍后我将实现它们，但我想它们不会加快到所需的60个FPS。

代码是发送3x180x8，因为这是板子。LED用以太网电缆连接到板上，以太网电缆有8个引脚，所有8个引脚都需要处理，否则条纹显示出奇怪的结果。另一方面，在以后的配置中，我需要4条以上的数据，所以目前我不愿意将数据发送到8条而不是4条，而且我认为代码不会运行得更快。

当我在我的开场白中赚钱时，这段代码看起来非常慢，我不明白为什么:图像(led，pin，orderchannel)

下面是处理草图中的代码，它的运行速度至少是Python脚本的10倍：

void image2data(PImage image, byte[] data, boolean layout) {
  int offset = 3;
  int x, y, xbegin, xend, xinc, mask;
  int linesPerPin = image.height / 8;
  int pixel[] = new int[8];
  for (y = 0; y < linesPerPin; y++) {
    if ((y & 1) == (layout ? 0 : 1)) {
      xbegin = 0;
      xend = image.width;
      xinc = 1;
    } else {
      xbegin = image.width - 1;
      xend = -1;
      xinc = -1;
    }
    for (x = xbegin; x != xend; x += xinc) {
      for (int i=0; i < 8; i++) {
        pixel[i] = image.pixels[x + (y + linesPerPin * i) * image.width];
        pixel[i] = colorWiring(pixel[i]);
      }
      for (mask = 0x800000; mask != 0; mask >>= 1) {
        byte b = 0;
        for (int i=0; i < 8; i++) {
          if ((pixel[i] & mask) != 0) b |= (1 << i);
        }
        data[offset++] = b;
      }
    }
  } 
}

我不敢相信Python比Java慢得多。我仍然希望任何人都知道访问numpy数组的像素有什么问题。