图像处理中实现 C++ 和 Python 的高效通信——ZeroMQ & protobuf

在开发需要 C++ 和 Python 交互的应用程序时，特别是对于图像处理等任务，建立有效的通信机制至关重要。将图像向量从 C++ 应用程序传输到 Python 应用程序进行推理，使用 ZeroMQ 进行进程间通信 (IPC)，使用协议缓冲区 (protobuf) 进行序列化。

概述

解决方案涉及三个主要步骤：

• 使用 protobuf 在 C++ 中序列化图像数据。
• 使用 ZeroMQ 传输序列化数据。
• 在 Python 中对图像数据进行反序列化和处理。

这种方法可确保高效的数据传输、同步和完整性，使其适用于实时或高性能应用程序。

1、 搭建 C++ 和 Python 开发环境

a. 安装 ZeroMQ 库

对于 C++，安装 ZeroMQ 库 (libzmq) 和 C++ 绑定 (cppzmq):

sudo apt install libzmq3-dev

对于 Python，安装 pyzmq 库:

pip install pyzmq

b. 协议缓冲区（protobuf）

为 C++ 和 Python 安装 protobuf 库，安装 protobuf 编译器 (protoc):

sudo apt install -y libprotobuf-dev protobuf-compiler
pip install protobuf

2、详细步骤

2.1 使用 Protobuf 在 C++ 中进行序列化

a. 定义 Protobuf 消息

首先，定义一个 protobuf 消息来表示一张图片和一个图片向量。将此定义保存在名为 image_vector.proto 的文件中：

// image_vector.proto
syntax = "proto3";

message Image {
    bytes data = 1;
    int32 width = 2;
    int32 height = 3;
    int32 channels = 4;
}

message ImageVector {
    repeated Image images = 1;
}

b. 生成 Protobuf 类

使用 protobuf 编译器从 .proto 文件生成 C++ 和 Python 类：

protoc --cpp_out=. image_vector.proto
protoc --python_out=. image_vector.proto

c. 在 C++ 中序列化图像

在您的 C++ 应用程序中，使用生成的 protobuf 类序列化图像向量。

2.2 使用 ZeroMQ 传输数据

ZeroMQ 简化了 C++ 和 Python 应用程序之间的数据传输。在这里，我们实现了一个 C++ 客户端和一个 Python 服务器。

a. C++ 客户端

C++ 客户端将图像序列化并发送到服务器：

#include <zmq.hpp>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <fstream>
#