基于Kakadu的JPEG2000解碼系統(tǒng)GPU并行優(yōu)化.pdf

1、JPEG2000是基于小波變換的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，因其良好的低比特壓縮性能、能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)傳輸、可對(duì)感興趣區(qū)域編碼以及良好的魯棒性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于遙感、航天航空、醫(yī)學(xué)、軍事、氣象等各大領(lǐng)域[1]。Kakadu是目前JPEG2000算法實(shí)現(xiàn)效率最高的系統(tǒng)之一，依靠其獨(dú)特的三層體系結(jié)構(gòu)極大程度上簡(jiǎn)化了圖像編解碼的復(fù)雜性，并且以面向?qū)ο蠓绞綄?shí)現(xiàn)，使其具有良好的可復(fù)用性。但是隨著科技的發(fā)展，尤其在航空航天和軍事領(lǐng)域，對(duì)圖像的解壓縮具有較高的速度要求

2、，目前基于CPU的解決方案成本較高效率較低，難以滿足實(shí)際需求。
　　CPU中緩存與控制器單元消耗了大部分的晶體管資源，而圖形處理器GPU將更多的晶體管資源用于了邏輯運(yùn)算，因此計(jì)算能力相比CPU有很大優(yōu)勢(shì)，適合大規(guī)模并行運(yùn)算。為了提高基于Kakadu的圖像解壓縮系統(tǒng)效率，滿足實(shí)際應(yīng)用需求，本文提出了一種基于Kakadu的JPEG2000解碼系統(tǒng)的GPU并行優(yōu)化方案，將Kakadu解碼系統(tǒng)的解碼核心部分使用高性能并行計(jì)算技術(shù)在GPU上

3、實(shí)現(xiàn)。
　　本文介紹了JPEG2000圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)、GPU的發(fā)展過程和CUDA編程，然后對(duì)基于Kakadu的JPEG2000解碼系統(tǒng)進(jìn)行GPU并行優(yōu)化，主要工作有：
　　1、Tier2部分的高性能并行實(shí)現(xiàn)。Tier2模塊主要分為三部分：包頭解析，tile頭解析，碼流組織。本文采用線程級(jí)并行方案，對(duì)碼流組織部分使用不同GPU線程負(fù)責(zé)不同位置的比特搬移，線程之間相互并行的方法實(shí)現(xiàn)。
　　2、Tier1部分的高性能并行實(shí)現(xiàn)。

4、Tier1解碼使用碼塊級(jí)并行解碼，各碼塊之間相互獨(dú)立，使用一個(gè)GPU線程塊解碼一幅圖像，線程塊中的一個(gè)線程解碼圖像的一個(gè)碼塊，進(jìn)行碼塊之間的并行。
　　3、小波逆變換部分的高性能并行實(shí)現(xiàn)。采用圖像內(nèi)部行與行之間并行，圖像與圖像之間串行操作。小波逆變換包括四個(gè)步驟，預(yù)縮放，垂直濾波，水平濾波器，后縮放。將每個(gè)部分通過線程級(jí)并行來加速。將GPU的線程塊的數(shù)目設(shè)定圖像行數(shù)。用一個(gè)GPU線程塊處理一行，完成行之間的并行，用一個(gè)線程處理一個(gè)