基于GPU的JPEG2000高速数据处理系统研究

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目前基于IBM刀片集群的解决方案,功耗体积较大,效率较低,不适应星载以及小型化应用的发展。基于Tilera众核平台的开发周期较长,成本较高。JPEG2000标准是在原有的JPEG标准的基础上发展而来的,这个新一代的图像压缩标准增加了一些难度,它除了可以有比原有标准更好质量的图像以外,还有众多的其他优点。它可以支持渐进式的数据传输,还可以提供对无损数据压缩的支持以及对有损数据压缩的支持。在实际应用中,要求对JPEG2000标准图像的压缩具有很强的实时性,现有的以CPU为基础,加上用高级语言来处理的方案很难满足这种实时性的要求,即使勉强达到了,也会在人力物力上有很大的付出,性价比比较低。伴随者时间的的推移,科技的发展也异常迅猛,尤其是在计算机科学方面,发展可谓日新月异,近年一种具有强大的并行计算能力的可编程图形处理器(GPU)应运而生,它的这些特性吸引了全世界的目光。尤其是后来CUDA的诞生,彻底改变了以前在开发硬件时的周期过长,而且不够灵活的这些缺点。本论文的核心是根据RS解码原理及C语言实现程序,研究RS的HPC实现:利用RS码组之间的不相关性,研究RS解码的并行实现技术,这是本论文的重点之一。JPEG2000标准采用熵编码EBCOT算法,EBCOT是基于码块和位平面的嵌入式编码算法,包括T1和T2编码两部分。本论文研究JPEG2000码流组织,实现对T2部分的并行处理;另外,T1解码包括MQ算术解码和内嵌比特平面解码,码块之间的编解码处理是独立的,通过研究基于码块并行高速解码技术。这部分是JPEG2000解码的关键,也是本文的关键技术之一。JPEG2000解码采用离散小波逆变换(IDWT),离散小波变换是一种复杂的数学变换,可以实现对图像的多分辨率分析及图像质量的分级,二维图像进行小波变换后,即把原始图像的像素值变换成便于压缩编码的系数矩阵。本文需要研究离散小波图像处理的并行性,实现离散小波变换的并行处理,这是本论文的关键技术之一本论文做了大量的调研工作、软件并行处理研究工作、软硬件测试工作,通过两个阶段软件的测试对比,实验证明通过本课题的研究完全可以达到目前CPU刀片集群的处理功能。
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