圖像處理并行算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速地發(fā)展,多媒體技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用,而其主要處理對(duì)象---圖像信息的數(shù)量也是呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在現(xiàn)實(shí)工作和科研中,經(jīng)常需要對(duì)大容量圖像文件進(jìn)行處理或者對(duì)圖像處理質(zhì)量要求較高,這都需要較大運(yùn)算量。由于單處理機(jī)速度提升受到物理極限限制,一些大規(guī)模的圖像處理在其上實(shí)現(xiàn),計(jì)算速度和計(jì)算資源需求并不能很好滿足。并行技術(shù)的發(fā)展,為我們解決這一問題提供一個(gè)很好的方法。并行計(jì)算方案較多,可以采用專用的并行計(jì)算機(jī),例如,多向量處理系統(tǒng),基于共

2、享存儲(chǔ)的多處理機(jī)(SMP)系統(tǒng)等。但是這些方案價(jià)格昂貴。采用基于機(jī)群的MPI并行計(jì)算方案是一種在經(jīng)濟(jì)、效率、通用性都較好的選擇。本文主要闡述利用機(jī)群系統(tǒng)進(jìn)行并行計(jì)算,解決圖像處理的一些問題。包括以下主要工作和內(nèi)容:
　　 首先,介紹了并行計(jì)算系統(tǒng)的一般特點(diǎn)。包括并行計(jì)算分類,并行計(jì)算體系結(jié)構(gòu)和模型,并行算法和并行計(jì)算性能分析等。介紹了MPI并行程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和方法。完成了并行圖像處理系統(tǒng)的搭建。然后,根據(jù)圖像處理的特點(diǎn),研究了并

3、行圖像處理的流程和方法,研究并改進(jìn)了圖像數(shù)據(jù)在機(jī)群系統(tǒng)上的劃分,主節(jié)點(diǎn)機(jī)和從節(jié)點(diǎn)機(jī)數(shù)據(jù)和消息傳遞的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)圖像處理的特點(diǎn),研究了并行圖像處理中的負(fù)載均衡問題,包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡。給出了并行圖像處理靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)的方法。
　　 接著,按并行處理中的主從模式,研究和實(shí)現(xiàn)了基于全變分的并行圖像修補(bǔ)算法,并對(duì)該算法加入靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡策略并實(shí)現(xiàn)。研究和實(shí)現(xiàn)了基于全變分的并行圖像去噪算法,并加入靜態(tài)負(fù)載均衡策略并實(shí)現(xiàn)。對(duì)

4、給出的算法通過實(shí)驗(yàn)仿真,得到相關(guān)結(jié)論:通過完成并行圖像處理算法,圖像處理速度得到提高,有較好的加速比和并行效率。對(duì)于不同性能的PC機(jī)構(gòu)成的集群實(shí)現(xiàn)靜態(tài)負(fù)載均衡后,計(jì)算時(shí)間減少約14％-56％。對(duì)于較大圖像處理對(duì)象,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡后,計(jì)算時(shí)間減少約10％。
　　 最后,在具有多核和支持超線程的處理器的處理機(jī)上實(shí)現(xiàn)了基于OpenMP的并行圖像處理,并將其應(yīng)用到在機(jī)群上的基于MPI的并行圖像處理中,從而實(shí)現(xiàn)了基于MPI+OpenMP