本文關鍵詞：基于眾核的JPEG2000高速解碼研究與實現(xiàn)

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【摘要】：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JPEG2000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),并在此基礎上設計了基于眾核的JPEG2000高速并行解碼系統(tǒng),主要研究內容及成果如下:1)設計了基于眾核平臺的高速并行解碼系統(tǒng),采用多線程技術,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,分析其核心結構,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)結構體中。4)為了驗證解碼軟件的性能和解碼圖像質量,論文研究了基于眾核的高速并行存儲技術。其次,針對多線程操作可提高解碼速度但會降低磁盤存儲速度的問題,在眾核平臺上,設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,論文測試驗證了JPEG2000高速解碼系統(tǒng)的解碼質量。分析實驗所得數(shù)據(jù)可知,論文設計的基于眾核的JPEG2000高速并行解碼系統(tǒng),對于2x-16x倍的壓縮編碼圖像均具有很高的解碼速度和圖像重構質量。
【關鍵詞】：JPEG2000 眾核CPU 高速解碼 Kakadu
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN919.81
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符號對照表12-13
• 縮略語對照表13-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 引言16
• 1.2 課題研究背景和意義16-18
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 研究工作和論文結構20-22
• 第二章 JPEG2000編解碼技術研究22-38
• 2.1 JPEG2000的特征22
• 2.2 JPEG2000編解碼綜述22-23
• 2.3 JPEG2000編碼技術23-30
• 2.3.1 圖像預處理23-24
• 2.3.2 小波變換24-25
• 2.3.3 量化25-26
• 2.3.4 熵編碼26-30
• 2.4 JPEG2000解碼技術30-36
• 2.4.1 JPEG200碼流組織30-33
• 2.4.2 Tier-2解碼33-35
• 2.4.3 Tier-1解碼35
• 2.4.4 反量化35-36
• 2.4.5 離散小波逆變換36
• 2.5 本章小結36-38
• 第三章 JPEG2000高速解碼研究38-58
• 3.1 基于眾核的高速并行解碼系統(tǒng)設計38-39
• 3.2 解碼軟件研究39-43
• 3.3 輸入接口研究43-46
• 3.3.1 JP2接口優(yōu)化44-45
• 3.3.2 J2K接口優(yōu)化45-46
• 3.4 輸出接口研究46-49
• 3.4.1 BMP接口優(yōu)化47-48
• 3.4.2 RAW接口優(yōu)化48-49
• 3.5 基于眾核的高速并行存儲技術研究49-57
• 3.5.1 高速磁盤存儲技術研究49-52
• 3.5.2 基于眾核的高速并行存儲技術研究52-57
• 3.6 本章小結57-58
• 第四章 JPEG2000高速解碼系統(tǒng)性能測試58-70
• 4.1 解碼系統(tǒng)性能測試58-62
• 4.1.1 軟件優(yōu)化測試58-59
• 4.1.2 并行解碼測試59-62
• 4.2 基于眾核平臺的高速并行解碼測試62-67
• 4.3 解碼圖像質量測試67-68
• 4.4 本章小結68-70
• 第五章 總結與展望70-72
• 5.1 總結70-71
• 5.2 展望71-72
• 參考文獻72-76
• 致謝76-78
• 附錄A 基于眾核的多通道解碼測試數(shù)據(jù)78-84
• 附錄B 解碼圖像PSNR測試數(shù)據(jù)84-86
• 作者簡介86-87

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本文編號：713297