多核处理器的JPEG2000并行解压缩算法优化设计

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随着对地观测卫星等研制需求迅速增长,需要处理的遥感图像数据量也急剧增大,这对地面图像检测与处理系统的研制提出了严峻的挑战。针对现阶段数据传输通道码率高、数据处理复杂、运算速度快等特点,大数据量遥感图像的高速解码日益受到人们重视。卫星上装载的芯片采用JPEG2000压缩算法,目前该芯片已经能够对拍摄到的图像进行实时压缩,但是地面接收端还未能够实现实时解压缩。本文主要围绕解决这一实际问题进行研究。为了解决JPEG2000压缩标准算法复杂性带来的解码耗时较长的问题,本文研制采用多核处理器来构建高性能JPEG2000实时解码处理系统。多核处理器是把多个完整的计算引擎集成到一颗处理器上,其中每个引擎都可以独立并行计算,相比于传统的单核处理器平台具有很高的性能提升。本文所用的多核处理器平台,是由Tilera公司生产的4颗TILE-GX36处理核心组成,每颗处理核心拥有36个独立内核。为了实现快速可靠的解压缩图像,本文将JPEG2000解码算法嵌入该多核处理器平台,并且针对解码算法以及平台的调度机制进行了有效的优化,最终解决了当前任务中解压缩实时速率不高的紧迫问题。本文的正文部分首先概述了JPEG2000算法以及多核处理器的发展历史及现状,并简单介绍了多核处理器的核心技术;然后详细的论述了JPEG2000编解码核心算法;最后,本文提出并实现了基于多核处理器Tilera平台的JPEG2000解码高速并行方案,该并行方案不仅体现在多个处理器内核之间,而且体现在一颗处理器内核上的36个更小的执行核心之间。此外,本文还针对解码算法以及多核平台调度方面进一步优化,从而大大提升了解码速度。最后基于Tilera平台进行了JPEG2000解码性能测试,主要分为正确性测试和执行速度测试。测试结果表明,本文所提出的并行实现方案和性能优化使得JPEG2000解压缩不仅能够正确实现,而且其速率远超过指标要求,可以满足实时解码的需求。从而,该系统可以应用到地面接收端进行实时图像解码处理。
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