基于HyperX多核平台的9/7小波变换实现

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小波变换是在傅里叶分析的基础上发展起来的一种分析变换方法,它在处理非平稳信号方面具有非常强大的能力,伴随小波变换理论的不断发展,它在通信技术、信号处理、地球物理、水利电力、图像处理、物理学、医学、军事等领域中得到日益广泛的应用。在图像处理领域中图像匹配、滤波、压缩等方面都与小波变换理论密不可分。JPEG2000静止图像压缩标准是以提升离散小波作为核心的变换算法,在该标准中采用9/7小波作为小波基。因此,小波变换的研究成为科学研究的一个重点,同时在更高效的平台上实现小波变换也成了一种非常迫切的需求。另一方面,传统单核处理器的生产工艺、架构以及功耗等方面的发展已经达到瓶颈,同时随着科学技术的不断进步,对于数据处理平台的性能也提出了更高的要求,需要有足够的能力处理更加大量的数据,进行更加复杂的运算,因此多核处理器逐渐成为主流,由于芯片技术的发展,处理器内集成的独立计算的执行单元数量增加,执行核的结构趋于简单化,逐渐形成了一种由多核到众核的趋势,未来处理器中集成的执行单元数量将达到成百个甚至上千个。本文所使用的平台HyperX是一种以众核处理器为核心的高性能的并行计算平台。Hyper X处理器由100个独立计算的低功耗的执行单元组成,提供了一个大规模并行计算结构,能够平衡通信和计算量,实时可重构,具有非常好的性能。本文针对在高性能并行平台HyperX上的9/7离散小波变换设计与实现进行了研究。通过对HyperX平台的结构、特点以及它的开发模式进行长时间的探索,对处理器内部执行单元间通信的性能进行测试与分析,设计了一种在HyperX并行计算平台上可行的数据分割与通信模式,并对HyperX平台上的9/7离散小波变换进行了实现,接着针对HyperX处理器的片内外通信方式和HyperX处理器的资源利用率对9/7离散小波变换的设计进行了优化,最后对相关工程进行了一系列的测试,其中测试内容主要包括平台上的数据通信测试、9/7小波的正确性测试以及执行速度测试。通过测试结果分析了HyperX并行计算平台的性能。测试结果表明,与其他众核处理器或并行计算平台相同的是HyperX的性能主要受限于数据在执行单元之间的通信,但是由于HyperX平台具有很高的并行度、较强的运算能力以及较低的功耗,不仅可以使9/7离散小波变换正确且稳定地实现,而且具有较高的效率。
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