基于众核的JPEG2000高速解码研究与实现

发布时间：2017-08-21 14:05

  本文关键词：基于众核的JPEG2000高速解码研究与实现

  更多相关文章： JPEG2000 众核CPU 高速解码 Kakadu

【摘要】：JPEG2000是新一代图像压缩编码标准,它以离散小波变换为核心变换算法,以EBCOT为核心编码算法。与JPEG相比,JPEG2000具有更好的低比特压缩性能,支持编码图像以质量、分辨率、颜色分量和空间位置等多种顺序渐进传输,以及支持感兴趣区域编码等。JPEG2000由于其优良的编码性能,被广泛应用于军事、遥感、医疗、气象和数字电影等领域。目前,JPEG2000编解码的研究平台主要有CPU、FPGA、DSP和GPU,而大多数的JPEG2000解码系统在解码性能、开发难度以及应用范围等方面都存在一定的局限性。因此,论文设计并实现一款解码性能高,开发周期短,开发成本低以及应用领域广的JPEG2000高速解码系统,具有重要的研究意义与应用价值。论文以众核CPU为平台,主要研究JPEG2000高速并行解码实现,并在此基础上设计了基于众核的JPEG2000高速并行解码系统,主要研究内容及成果如下:1)设计了基于众核平台的高速并行解码系统,采用多线程技术,创建了N个子线程,每个线程负责一幅编码图像的解码操作,解码过程相互独立。由主线程和N个子线程构成了(N+1)个独立并行的解码通道,从而大幅度提高了解码并行度及解码速度。2)为了降低开发难度以及缩短开发时间,测试比较了Kakadu、OpenJPEG和Jasper三款JPEG2000开源软件的解码性能,并以解码性能最佳的解码软件为基础,分析其核心结构,为后续优化做准备。3)为了适应编码图像高速解码需求,将解码程序的文件输入、输出接口优化为缓存输入、输出接口。对于输入接口,论文通过修改输入接口虚基类的一级或多级派生类的相关成员函数和成员变量,实现了JP2和J2K两种格式的图像数据的缓存输入。相应地,对于输出接口,实现了BMP和RAW的缓存输出,同时,为了便于后续数据操作,将解码后的图像存储于相应的数据结构体中。4)为了验证解码软件的性能和解码图像质量,论文研究了基于众核的高速并行存储技术。其次,针对多线程操作可提高解码速度但会降低磁盘存储速度的问题,在众核平台上,设计了基于存储队列的多通道并行高速数据存储机制。为了测试并验证基于众核的JPEG2000高速解码系统的性能,论文进行了大量的测试实验。首先,在普通计算机上测试了系统的解码性能,验证了解码系统可大幅度提升解码效率。其次,为了全面测试解码系统的性能,将解码系统移植到众核CPU平台上,分别测试了不同分辨率图像、不同颜色分量图像、不同比特深度图像以及不同压缩倍数图像对解码系统性能的影响。最后,论文测试验证了JPEG2000高速解码系统的解码质量。分析实验所得数据可知,论文设计的基于众核的JPEG2000高速并行解码系统,对于2x-16x倍的压缩编码图像均具有很高的解码速度和图像重构质量。
【关键词】：JPEG2000 众核CPU 高速解码 Kakadu
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.81
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 引言16
• 1.2 课题研究背景和意义16-18
• 1.3 国内外研究现状18-20
• 1.4 研究工作和论文结构20-22
• 第二章 JPEG2000编解码技术研究22-38
• 2.1 JPEG2000的特征22
• 2.2 JPEG2000编解码综述22-23
• 2.3 JPEG2000编码技术23-30
• 2.3.1 图像预处理23-24
• 2.3.2 小波变换24-25
• 2.3.3 量化25-26
• 2.3.4 熵编码26-30
• 2.4 JPEG2000解码技术30-36
• 2.4.1 JPEG200码流组织30-33
• 2.4.2 Tier-2解码33-35
• 2.4.3 Tier-1解码35
• 2.4.4 反量化35-36
• 2.4.5 离散小波逆变换36
• 2.5 本章小结36-38
• 第三章 JPEG2000高速解码研究38-58
• 3.1 基于众核的高速并行解码系统设计38-39
• 3.2 解码软件研究39-43
• 3.3 输入接口研究43-46
• 3.3.1 JP2接口优化44-45
• 3.3.2 J2K接口优化45-46
• 3.4 输出接口研究46-49
• 3.4.1 BMP接口优化47-48
• 3.4.2 RAW接口优化48-49
• 3.5 基于众核的高速并行存储技术研究49-57
• 3.5.1 高速磁盘存储技术研究49-52
• 3.5.2 基于众核的高速并行存储技术研究52-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 JPEG2000高速解码系统性能测试58-70
• 4.1 解码系统性能测试58-62
• 4.1.1 软件优化测试58-59
• 4.1.2 并行解码测试59-62
• 4.2 基于众核平台的高速并行解码测试62-67
• 4.3 解码图像质量测试67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 总结70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 附录A 基于众核的多通道解码测试数据78-84
• 附录B 解码图像PSNR测试数据84-86
• 作者简介86-87

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本文编号：713297