基于可重构处理器的视觉并行处理算子库研究

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1、基于可重构处理器的视觉并行处理算子库研究ResearchofVisualParallelProcessingOperatorLibraryBasedonReconfigurableProcessor学科专业：微电子学与固体电子学研究生：扈立超指导教师：李斌桥教授天津大学电子信息工程学院二零一四年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的

2、任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要现代视觉信息处理实时性强、数据量大和计算复杂度高的特点给处理器性能带来了巨大的挑战。同时，其多标准多协议的特点又对处

3、理器灵活性提出了一定的要求。可重构处理器作为一种能够兼顾通用处理器灵活性和专用集成电路高效性的架构，为视觉信息处理提供了一种有价值的研究方向。但是，视觉信息处理算法与可重构处理器之间存在着鸿沟，如何将其映射到可重构处理器阵列上成为一个难点，而算子库的出现为两者之间搭建了一座桥梁。本文首先介绍了多核处理器及其OpenMP并行编程模型，分析视觉信息处理算法所具有的并行性特征，从而实现其算法层并行，设计了Harris特征点检测算法的并行程序。其次在视觉信息处理算法并行化基础上，找到并行循环处理任务的数据流和控制流特征，将其进行分解细化，从而实现其算子层并行，建立

4、起视觉信息处理算法的并行算子库，并对算子库的格式规范进行了详细地设计。再次开发两套验证工具：语法规则校验和功能结果验证。语法规则校验工具能够完成算子库的格式规范验证；功能结果验证工具可以完成算子库的输出检查。最后对Harris特征点检测算法进行分析，将其分解细化为基本运算单元，完成其算子层并行。并提出一种具有快的检测速度和好的检测质量的改进型Harris特征点检测算法。本文在多核处理器平台下设计的Harris特征点检测算法并行程序避免了常出现的编程错误，在2线程下可以实现1.59的加速比；在4线程下可以实现3.33的加速比。所建立的算子库弥补了视觉信息处理

5、算法与可重构处理器之间的空缺，易于从算法到配置信息的转换。所提出的改进型Harris特征点检测算法的检测时间仅为原始算法的8.7%；具有较好的检测质量，平均ACU为0.8；对于旋转图像的一致性评估，其平均CCN为79%，旋转不变性高于Moravec、Harris、FAST等算法。关键词：可重构处理器；视觉信息处理；并行计算；算子库；Harris算法ABSTRACTModernvisualinformationprocessingischaracterizedbyhighreal-timing,largeamountofdata,andhighcomputa

6、tionalcomplexity.Thesebringahugechallengetotheperformanceofprocessors.Meanwhile,differentstandardsandprotocolsofvisualinformationprocessingrequireprocessorstobemoreflexible.ReconfigurableprocessorisanewkindofcomputingarchitecturewhichownsboththehighflexibilityofGPPandhighperforman

7、ceofASIC.Itprovidesavaluableresearchdirectionforvisualinformationprocessing.Butthereisawidegapbetweenvisualinformationprocessingalgorithmsandreconfigurableprocessor.Howtomapthemonthereconfigurableprocessorarraybecomesadifficulty.Buttheoperatorlibrarybuildsabridgebetweenthem.Thispa

8、perfirstintroducesthemulti-corepr