MATLAB conv2卷积的实现

MATLAB conv2卷积的实现

二维卷积的算法原理比较简单,参考任意一本数字信号处理的书籍,而matlab的conv2函数的滤波有个形状参数,用下面的一张图很能说明问题:

这里给出一种最原始的实现方案。这种实现对于数据矩阵大小为1000x1000,卷积核矩阵大小为20x20,在我的机器上需要大约1秒钟的时间,而matlab采用的MKL库最快只需要将近0.1s的时间。下面的代码用到了自己目前开发的FastIV中的一些函数接口。具体代码如下:

 

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  1. #include "fiv_core.h"  
  2.   
  3. typedef enum{  
  4.     FIV_CONV2_SHAPE_FULL,  
  5.     FIV_CONV2_SHAPE_SAME,  
  6.     FIV_CONV2_SHAPE_VALID  
  7. }FIV_CONV_SHAPE;  
  8.   
  9.   
  10. void fIv_conv2(fIvMat** dst_mat, fIvMat* src_mat, fIvMat* kernel_mat, FIV_CONV_SHAPE shape)  
  11. {  
  12.     int src_row = src_mat->rows;  
  13.     int src_cols = src_mat->cols;  
  14.     int kernel_row = kernel_mat->rows;  
  15.     int kernel_cols = kernel_mat->cols;  
  16.     int dst_row = 0, dst_cols = 0, edge_row = 0, edge_cols = 0;  
  17.     int i,j, kernel_i,kernel_j,src_i,src_j;  
  18.     fIvMat* ptr_dst_mat = NULL;  
  19.       
  20.     switch(shape){  
  21.         case FIV_CONV2_SHAPE_FULL:    
  22.               
  23.             dst_row = src_row + kernel_row - 1;  
  24.             dst_cols = src_cols + kernel_cols - 1;        
  25.             edge_row = kernel_row - 1;  
  26.             edge_cols = kernel_cols - 1;  
  27.             break;  
  28.               
  29.         case FIV_CONV2_SHAPE_SAME:  
  30.               
  31.             dst_row = src_row;  
  32.             dst_cols = src_cols;  
  33.             edge_row = (kernel_row - 1) / 2;  
  34.             edge_cols = (kernel_cols - 1) / 2;  
  35.             break;  
  36.               
  37.         case FIV_CONV2_SHAPE_VALID:  
  38.               
  39.             dst_row = src_row - kernel_row + 1;  
  40.             dst_cols = src_cols - kernel_cols + 1;  
  41.             edge_row = edge_cols = 0;  
  42.             break;  
  43.               
  44.     }  
  45.       
  46.     ptr_dst_mat = fIv_create_mat(dst_row, dst_cols, FIV_64FC1);  
  47.     *dst_mat = ptr_dst_mat;  
  48.       
  49.     for (i = 0; i < dst_row; i++) {    
  50.         ivf64* ptr_dst_line_i = (ivf64* )fIv_get_mat_data_at_row(ptr_dst_mat, i);     
  51.         for (j = 0; j < dst_cols; j++) {       
  52.             ivf64 sum = 0;  
  53.               
  54.             kernel_i = kernel_row - 1 - FIV_MAX(0, edge_row - i);  
  55.             src_i = FIV_MAX(0, i - edge_row);  
  56.               
  57.             for (; kernel_i >= 0 && src_i < src_row; kernel_i--, src_i++) {  
  58.                   
  59.                 ivf64* ptr_src_line_i,*ptr_kernel_line_i;  
  60.                   
  61.                 kernel_j = kernel_cols - 1 - FIV_MAX(0, edge_cols - j);  
  62.                 src_j = FIV_MAX(0, j - edge_cols);  
  63.                   
  64.                 ptr_src_line_i = (ivf64*)fIv_get_mat_data_at_row(src_mat, src_i);  
  65.                 ptr_kernel_line_i = (ivf64*)fIv_get_mat_data_at_row(kernel_mat, kernel_i);  
  66.                   
  67.                 ptr_src_line_i += src_j;  
  68.                 ptr_kernel_line_i += kernel_j;  
  69.                   
  70.                 for (; kernel_j >= 0 && src_j < src_cols; kernel_j--, src_j++){  
  71.                     sum += *ptr_src_line_i++ * *ptr_kernel_line_i--;  
  72.                     }  
  73.             }             
  74.             ptr_dst_line_i[j] = sum;  
  75.         }  
  76.     }  
  77. }  
  78.   
  79.   
  80. FIV_ALIGNED(16) ivf64 ker_data[4*4] = {0.1,0.2,0.3,0.4,  
  81.                                        0.5,0.6,0.7,0.8,  
  82.                                        0.9,1.0,1.1,1.2,  
  83.                                        1.3,1.4,1.5,1.6};  
  84.   
  85.   
  86.   
  87. void test_conv2()  
  88. {  
  89.     fIvMat* src_mat = fIv_create_mat_magic(8, FIV_64FC1); // 8x8 magic matrix  
  90.     fIvMat* kernel_mat = fIv_create_mat_header(4, 4, FIV_64FC1);  
  91.   
  92.     fIvMat* dst_mat = NULL;  
  93.     fIv_set_mat_data(kernel_mat, ker_data, (sizeof(ivf64)) * 4 * 4);  
  94.   
  95.     fIv_conv2(&dst_mat, src_mat, kernel_mat, FIV_CONV2_SHAPE_FULL);  
  96.   
  97.     fIv_export_matrix_data_file(dst_mat,"dst_mat_4x4-full.txt", 1);  
  98.   
  99.   
  100.     fIv_release_mat(&src_mat);  
  101.     fIv_release_mat(&kernel_mat);  
  102.     fIv_release_mat(&dst_mat);  
  103.   
  104.   
  105.   
  106. }  
  107.   
  108. int main()  
  109. {  
  110.     test_conv2();  
  111.   
  112.     return 0;  
  113. }  

 10月24日更新:

目前FastIV中的实现已经经过优化,最快速度在我的机器上已经超越MATLAB。

 

posted @ 2015-06-19 19:00  菜鸡一枚  阅读(985)  评论(0编辑  收藏  举报