基于眾核的JPEG2000高速解碼研究與實現(xiàn).pdf

1、JPEG2000是新一代圖像壓縮編碼標準，它以離散小波變換為核心變換算法，以EBCOT為核心編碼算法。與JPEG相比，JPEG2000具有更好的低比特壓縮性能，支持編碼圖像以質(zhì)量、分辨率、顏色分量和空間位置等多種順序漸進傳輸，以及支持感興趣區(qū)域編碼等。JPEG2000由于其優(yōu)良的編碼性能，被廣泛應用于軍事、遙感、醫(yī)療、氣象和數(shù)字電影等領(lǐng)域。目前，JPEG2000編解碼的研究平臺主要有CPU、FPGA、DSP和 GPU，而大多數(shù)的JPEG

2、2000解碼系統(tǒng)在解碼性能、開發(fā)難度以及應用范圍等方面都存在一定的局限性。因此，論文設(shè)計并實現(xiàn)一款解碼性能高，開發(fā)周期短，開發(fā)成本低以及應用領(lǐng)域廣的JPEG2000高速解碼系統(tǒng)，具有重要的研究意義與應用價值。
　　論文以眾核CPU為平臺，主要研究 JPEG2000高速并行解碼實現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于眾核的JPEG2000高速并行解碼系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　1）設(shè)計了基于眾核平臺的高速并行解碼系統(tǒng)，采用多線程技

3、術(shù)，創(chuàng)建了N個子線程，每個線程負責一幅編碼圖像的解碼操作，解碼過程相互獨立。由主線程和 N個子線程構(gòu)成了（N+1）個獨立并行的解碼通道，從而大幅度提高了解碼并行度及解碼速度。
　　2）為了降低開發(fā)難度以及縮短開發(fā)時間，測試比較了 Kakadu、OpenJPEG和Jasper三款JPEG2000開源軟件的解碼性能，并以解碼性能最佳的解碼軟件為基礎(chǔ)，分析其核心結(jié)構(gòu)，為后續(xù)優(yōu)化做準備。
　　3）為了適應編碼圖像高速解碼需求，將解碼

4、程序的文件輸入、輸出接口優(yōu)化為緩存輸入、輸出接口。對于輸入接口，論文通過修改輸入接口虛基類的一級或多級派生類的相關(guān)成員函數(shù)和成員變量，實現(xiàn)了JP2和J2K兩種格式的圖像數(shù)據(jù)的緩存輸入。相應地，對于輸出接口，實現(xiàn)了BMP和RAW的緩存輸出，同時，為了便于后續(xù)數(shù)據(jù)操作，將解碼后的圖像存儲于相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體中。
　　4）為了驗證解碼軟件的性能和解碼圖像質(zhì)量，論文研究了基于眾核的高速并行存儲技術(shù)。其次，針對多線程操作可提高解碼速度但會降低

5、磁盤存儲速度的問題，在眾核平臺上，設(shè)計了基于存儲隊列的多通道并行高速數(shù)據(jù)存儲機制。
　　為了測試并驗證基于眾核的JPEG2000高速解碼系統(tǒng)的性能，論文進行了大量的測試實驗。首先，在普通計算機上測試了系統(tǒng)的解碼性能，驗證了解碼系統(tǒng)可大幅度提升解碼效率。其次，為了全面測試解碼系統(tǒng)的性能，將解碼系統(tǒng)移植到眾核 CPU平臺上，分別測試了不同分辨率圖像、不同顏色分量圖像、不同比特深度圖像以及不同壓縮倍數(shù)圖像對解碼系統(tǒng)性能的影響。最后，論文