基于现代 C++17 的模块化视频质量诊断处理流程设计

文章目录

- [0. 引言](#0. 引言)
- [1. 原始设计分析](#1. 原始设计分析)
- [2. 新的设计思路](#2. 新的设计思路)
- - [2.1 定义通用的检测接口](#2.1 定义通用的检测接口)
  - [2.2 使用 `std::function` 和 `std::any` 管理检测模块](#2.2 使用 std::function 和 std::any 管理检测模块)
  - [2.3 构建可动态配置的检测管道](#2.3 构建可动态配置的检测管道)
- [3. 示例实现](#3. 示例实现)
- - [3.1 定义检测接口和模块](#3.1 定义检测接口和模块)
  - - [3.1.1 检测接口](#3.1.1 检测接口)
    - [3.1.2 信号检测模块](#3.1.2 信号检测模块)
    - [3.1.3 冻结检测模块](#3.1.3 冻结检测模块)
    - [3.1.4 其他检测模块](#3.1.4 其他检测模块)
  - [3.2 构建检测管道](#3.2 构建检测管道)
  - - [3.2.1 初始化管道](#3.2.1 初始化管道)
    - [3.2.2 创建检测模块实例](#3.2.2 创建检测模块实例)
    - [3.2.3 将检测模块添加到管道](#3.2.3 将检测模块添加到管道)
  - [3.3 执行检测管道](#3.3 执行检测管道)
  - [3.4 完整代码示例](#3.4 完整代码示例)
- [4. 设计优势](#4. 设计优势)
- - [4.1 灵活性和可扩展性](#4.1 灵活性和可扩展性)
  - [4.2 模块化和可维护性](#4.2 模块化和可维护性)
  - [4.3 利用现代 C++ 特性](#4.3 利用现代 C++ 特性)
[5. 参考资料](#5. 参考资料)

0. 引言

在整理视频质量诊断程序模块代码时发现，处理流程通常是固定的，各种检测功能以函数形式顺序调用。这种设计缺乏灵活性，不易于扩展和维护。本文将使用 C++17 的 std::function 和 std::any，重新设计视频质量诊断处理流程，实现模块化、可灵活扩展的处理管道。

视频质量诊断涉及多个检测模块，如信号检测、冻结检测、遮挡检测等。

详细见：

本文将采用面向接口的设计，使用现代 C++ 特性构建一个可动态配置的处理管道。

1. 原始设计分析

原始代码中，各个检测功能以独立的函数实现，处理流程固定：

cpp 复制代码

signalDetect();
freezeframeDetect();
occlusionDetect();
brightnessDetect();
snownoiseDetect();
stripeDetect();
cameramoveDetect();
sharpnessDetect();
colorDetect();
jitterDetect();

这种设计存在以下问题：

缺乏灵活性：处理流程固定，无法根据需求动态调整检测模块的顺序或添加新的检测功能。
可扩展性差：添加新的检测功能需要修改主流程代码，增加了维护成本。
模块耦合度高：各个检测函数之间可能存在隐式依赖，不利于模块化管理。

2. 新的设计思路

流程图
是否开始初始化阈值和标志位构建检测管道遍历检测管道执行检测模块结束

2.1 定义通用的检测接口

借鉴 COM 的接口设计思想，定义一个通用的检测接口 IVideoQualityDetector：

cpp 复制代码

class IVideoQualityDetector {
public:
    virtual int Detect(const cv::Mat& img, const cv::Mat& img_jitterRef, const cv::Mat& img_moveRef,
                       const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
                       DetectData_t* detectData) = 0;
    virtual ~IVideoQualityDetector() = default;
};

每个具体的检测模块都实现该接口，实现其特定的检测逻辑。

2.2 使用 `std::function` 和 `std::any` 管理检测模块

std::function：用于存储各个检测模块的调用方法，便于在管道中按顺序执行。
std::any：用于存储不同类型的检测模块实例，实现类型擦除，支持在运行时动态管理模块。

2.3 构建可动态配置的检测管道

将各个检测模块实例化后，添加到一个检测管道（如 std::vector<std::function<int(...)>>）中。这样可以根据需求动态调整检测模块的顺序、添加或移除检测模块。

3. 示例实现

3.1 定义检测接口和模块

3.1.1 检测接口

cpp 复制代码

class IVideoQualityDetector {
public:
    virtual int Detect(const cv::Mat& img, const cv::Mat& img_jitterRef, const cv::Mat& img_moveRef,
                       const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
                       DetectData_t* detectData) = 0;
    virtual ~IVideoQualityDetector() = default;
};

3.1.2 信号检测模块

cpp 复制代码

class SignalDetector : public IVideoQualityDetector {
public:
    int Detect(const cv::Mat& img, const cv::Mat&, const cv::Mat&,
               const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
               DetectData_t* detectData) override {
        // 实现信号检测逻辑
        if (img.empty()) return NO_DETECT;

        detectData->signalVal = signalDetect(img);
        if (detectData->signalVal >= threshold.signalThreshold) {
            detectDescribe->nosignalDescribe = NO_SIGNAL;
            return SIGNAL_DETECT;
        } else {
            detectDescribe->nosignalDescribe = SIGNAL_NORMAL;
        }
        return NO_DETECT;
    }
};

3.1.3 冻结检测模块

cpp 复制代码

class FreezeFrameDetector : public IVideoQualityDetector {
public:
    int Detect(const cv::Mat& img, const cv::Mat& img_jitterRef, const cv::Mat&,
               const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
               DetectData_t* detectData) override {
        // 实现冻结检测逻辑
        if (img.empty() || img_jitterRef.empty()) return NO_DETECT;

        detectData->freezeFrameVal = 1 - freezeFrameDetect(img, img_jitterRef);
        if (detectData->freezeFrameVal >= threshold.freezeFrameThreshold) {
            detectDescribe->freezeFrameDescribe = FREEZEFRAME_YES;
            return FREEZEFRAME_DETECT;
        } else {
            detectDescribe->freezeFrameDescribe = FREEZEFRAME_NO;
        }
        return NO_DETECT;
    }
};

3.1.4 其他检测模块

按照上述方式，实现其他检测模块（遮挡检测、亮度检测、雪花噪点检测等），每个模块继承 IVideoQualityDetector 接口，实现其特定的 Detect 方法。

3.2 构建检测管道

3.2.1 初始化管道

cpp 复制代码

std::vector<std::function<int(const cv::Mat&, const cv::Mat&, const cv::Mat&,
                              const Threshold_t&, DetectDescribe_t*, DetectData_t*)>> detectPipeline;

3.2.2 创建检测模块实例

cpp 复制代码

std::any signalDetector = std::make_unique<SignalDetector>();
std::any freezeFrameDetector = std::make_unique<FreezeFrameDetector>();
// ... 创建其他检测模块实例

3.2.3 将检测模块添加到管道

cpp 复制代码

detectPipeline.push_back([&](const cv::Mat& img, const cv::Mat& img_jitterRef, const cv::Mat& img_moveRef,
                             const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
                             DetectData_t* detectData) {
    return std::any_cast<SignalDetector&>(signalDetector).Detect(img, img_jitterRef, img_moveRef,
                                                                 threshold, detectDescribe, detectData);
});

detectPipeline.push_back([&](const cv::Mat& img, const cv::Mat& img_jitterRef, const cv::Mat& img_moveRef,
                             const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
                             DetectData_t* detectData) {
    return std::any_cast<FreezeFrameDetector&>(freezeFrameDetector).Detect(img, img_jitterRef, img_moveRef,
                                                                           threshold, detectDescribe, detectData);
});
// ... 将其他检测模块添加到管道

3.3 执行检测管道

cpp 复制代码

for (auto& detectFunc : detectPipeline) {
    detectFunc(img, img_jitterRef, img_moveRef, threshold, detectDescribe, detectData);
}

3.4 完整代码示例

这里仅展示主要结构，完整代码应包括所有检测模块的实现。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <functional>
#include <any>
#include <opencv2/opencv.hpp>

// 定义相关的常量、结构体和函数（如 Threshold_t、DetectDescribe_t、DetectData_t、signalDetect 等）

class IVideoQualityDetector {
public:
    virtual int Detect(const cv::Mat& img, const cv::Mat& img_jitterRef, const cv::Mat& img_moveRef,
                       const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
                       DetectData_t* detectData) = 0;
    virtual ~IVideoQualityDetector() = default;
};

class SignalDetector : public IVideoQualityDetector {
public:
    int Detect(const cv::Mat& img, const cv::Mat&, const cv::Mat&,
               const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
               DetectData_t* detectData) override {
        // 信号检测实现
    }
};

// ... 实现其他检测模块

int ROCK_QualityDiagnoseFromMat(const cv::Mat img, cv::Mat img_jitterRef, cv::Mat img_moveRef,
                                Threshold_t threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
                                DetectData_t* detectData, unsigned int flag) {
    // 初始化阈值和标志位
    init_threshold(threshold);
    init_flag(flag);

    // 构建检测管道
    std::vector<std::function<int(const cv::Mat&, const cv::Mat&, const cv::Mat&,
                                  const Threshold_t&, DetectDescribe_t*, DetectData_t*)>> detectPipeline;

    std::any signalDetector = std::make_unique<SignalDetector>();
    // ... 创建其他检测模块实例

    // 根据标志位添加需要的检测模块
    if (flag & SIGNAL_DETECT) {
        detectPipeline.push_back([&](const cv::Mat& img, const cv::Mat& img_jitterRef, const cv::Mat& img_moveRef,
                                     const Threshold_t& threshold, DetectDescribe_t* detectDescribe,
                                     DetectData_t* detectData) {
            return std::any_cast<SignalDetector&>(signalDetector).Detect(img, img_jitterRef, img_moveRef,
                                                                         threshold, detectDescribe, detectData);
        });
    }

    // ... 根据其他标志位添加检测模块

    // 执行检测管道
    for (auto& detectFunc : detectPipeline) {
        detectFunc(img, img_jitterRef, img_moveRef, threshold, detectDescribe, detectData);
    }

    return 0;
}

4. 设计优势

4.1 灵活性和可扩展性

动态配置检测模块：可以根据需要在运行时添加、移除或重新排列检测模块，无需修改主流程代码。
支持新功能的扩展 ：添加新检测功能只需实现 IVideoQualityDetector 接口，并在构建管道时添加即可。

4.2 模块化和可维护性

降低模块耦合度：各个检测模块独立实现，遵循统一的接口，模块之间无直接依赖。
易于维护和测试：每个检测模块可以独立开发和测试，提高代码质量。

4.3 利用现代 C++ 特性

std::function：方便地管理和调用函数对象，实现检测管道的灵活组织。
std::any：实现类型擦除，支持在运行时管理不同类型的检测模块实例。

基于现代 C++17 的模块化视频质量诊断处理流程设计

文章目录

0. 引言

1. 原始设计分析

2. 新的设计思路

2.1 定义通用的检测接口

2.2 使用 std::function 和 std::any 管理检测模块

2.3 构建可动态配置的检测管道

3. 示例实现

3.1 定义检测接口和模块

3.1.1 检测接口

3.1.2 信号检测模块

3.1.3 冻结检测模块

3.1.4 其他检测模块

3.2 构建检测管道

3.2.1 初始化管道

3.2.2 创建检测模块实例

3.2.3 将检测模块添加到管道

3.3 执行检测管道

3.4 完整代码示例

4. 设计优势

4.1 灵活性和可扩展性

4.2 模块化和可维护性

4.3 利用现代 C++ 特性

5. 参考资料

2.2 使用 `std::function` 和 `std::any` 管理检测模块