LED条纹，带Teensy和Python

Question

我目前正在进行一个项目，以控制LED条纹连接到一个连接到Windows PC的Teensy 3.2板。它在技术上基于此项目： https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_OctoWS2811.html

在vvvv中还实施了一个项目： https://vvvv.org/contribution/realtime-led-control-with-teensy3.xoctows2811

到目前为止，两个都工作得很好。我想做的是移植movie2serial程序（关于pjrc.com网站)到Python。你知道吗

所以我找到了这个项目： https://github.com/agwn/movie2serial_py

它不是开箱即用的，但经过一些修改，我让它运行起来。下面是我的类代码，它接收图像，将其转换为字节数组并将其发送到串行端口：

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（在我的电脑上大约每秒13帧）。你知道吗

解释代码：我正在用cv2创建一个简单的动画，并将图像（numpy ndarray，4 x 180像素，因为我有4个LED条纹，每个都有180个LED）发送到Teensy实例的send方法。send方法将图像发送到image2data方法以将图像转换为字节数组，在开头放置几个字节并将整个内容发送到Teensy。你知道吗

此代码中有两个瓶颈：

1. 写入串行端口(self.port.write文件在方法send中）。也许不能加快速度，这是可以接受的。你知道吗

但更重要的是：

1. 访问图像阵列（方法image2data中的图像[led，pin，order[channel]]。当我将行更改为例如：

   如果0x80>；位&255:

代码运行速度提高了6-7倍（~80fps）。顺便说一下，order[channel]用于将颜色从BGR转换为GRB。你知道吗

长话短说：从图像数组中读取颜色非常慢。如何在image2data方法中加速图像数组到字节数组的转换？你知道吗

当你说到这一点，感谢你的耐心：-）我很抱歉，为长期的职位，但这是一个复杂的项目，不容易为我解释。我真的很感激你的帮助，也许其他人可以从中受益。你知道吗

提前谢谢， 铝

Answer 1

第二个热点可以通过将order[channel]提升到内部循环之外（通过将channel_index = order[channel]保存在order之上的循环内部）来稍微改进，然后进行写入

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

那将是一个小小的进步。看起来提升0x80 >> bit级别还可以节省8次冗余计算。把它另存为mask，你就会

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

加在一起，这些可能值得几帧。你知道吗

但是看看你的代码，那些循环嵌套的方式看起来有点不对劲。对于180 x 4 RGB LED，我希望您需要向Teensy发送180 x 4 x 3字节。但代码发送的是3 x 180 x 8。有没有可能两个内环需要倒过来？你知道吗

Answer 2

谢谢你的回答和改进。稍后我将实现它们，但我猜它们不会将帧速率提高到所需的60 FPS。你知道吗

代码发送3 x 180 x 8，因为电路板太小。LED通过以太网电缆连接到电路板，以太网电缆有8个管脚，所有8个管脚都需要寻址，否则条纹会显示奇怪的结果。另一方面，在以后的配置中，我需要4个以上的条带，因此目前我不想将数据发送到8个条带而不是4个条带。我不认为代码会运行得更快。你知道吗

当我在我的开场白中赚钱时，这段代码似乎非常慢，我不明白为什么： 图像[led、pin、顺序[channel]]

以下是处理草图中的代码，其运行速度至少是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慢那么多。我仍然希望有人知道访问numpy数组的像素有什么问题。你知道吗