基于pvm并行图像处理的研究

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1、V930137单位代码!Q!!!竺分类趔338．8硒窟互猩斜丝学隧顽士亏谨论支论文题目：基于PVM并行图像处理的研究学科专业：控制理论与堡型!壅指导教师：研究生姓名：王纪川(副教授)答辩委员会主任委员：王会燃(教授)答辩日期：至!ji2昼：尘i：Q全第一章绪论1．1并行技术发展现状1绪论随着电子管、晶体管和集成度日益提高的集成电路的依次出现，计算机的速度不断提高，性能不断增强。但是，由于电子信号的最大传输速度是有限的，光靠加速电子部件的速度来改善计算机的性能来满足用户对计算机愈来愈高的要求是不可能的。因此需要寻找其它办法

2、来提高计算机的性能，而提高计算机性能的另一个有效途径就是采用并行处理技术Il】。并行计算技术自60年代中期和7睥代后期分别出现以来，其并行处理方式经历了从阵列机(smID)、向量机及并行向量机(PVP)、共享存储的对称多处理器系统(sMP)、分布存储的大规模并行处理系统(MPP)到非一致访问的分布共享存储并行机系统(M，MA)和机群系统(a璐t盯)的演变过程。目前，计算机行业比较关注的并行处理技术主要有SMP技术、MPP技术、COM州发术、NUMA技术和机群(或称集群)技术等。并行计算机的发展可以归纳为两大类。第一类是面

3、向高端用户、追求细粒度、超高速的大规模并行计算机系统。系统常常由数百上千个cPu所组成，比如阵列处理机、向量并行机、SIMD并行机、大规模并行机等。这类系统仍在高速发展中，由于其价格昂贵且使用不方便，因此主要面向高端用户，难于普及。第二类是基于网络技术的机群环境。一般的微机平均使用率只有30％左右，随着网络技术的高速发展，由大量的个人计算机或其它类型的计算机通过网络互连而成的并行计算机环境，其能力足以进行高性能计算【2】。机群系统是九十年代中后期发展起来的，并出现了许多用廉价组件(特别是以英特尔微机芯片和主板)拼凑起来的

4、BedwlIlfcluster，如洛斯阿拉莫斯实验室的Aval∞、我国岭深腾18∞／6800、曙光4000、神威新世纪系列等。目前国外已推出多种商品化的机群并行系统。2001年mM在美国表示将为美国国家超级计算应用中心制作两套mMu"x第一章绪论年之后展开，主要有安徽大学的吴吴进行了并行遗传算法的研究【7】。武汉理工大学的王冠在遗传算法及其在组合优化问题上进行并行实现，提出了一种混合分布式并行遗传算法，应用于求解鸭P问尉矾。中南大学的唐小龙进行了基于PVM并行分布计算中的任务调度策略，提出了集中式的任务调度策略中调度结点

5、容易成为瓶颈的问题，并提出主动汇报和两层调度的思想，使系统具有良好的负载平衡性能【9J。成都电子科技大学的李毅主要在PvM环境下进行任务迁移的研究，提出了一种新的改名机制的任务迁移协议及实现，从而达到更好的容错效剿埘。大连理工大学的纪珊珊利用P、mI机群研究了最短路径的并行实现算法【11】。西南交通大学的闫玉忠根据基于共享内存方式的多线程并行模型，在源代码级和中间代码级进行程序并行化方面做了一些研究和实验，提出了并行虚拟机的设计构想，通过并行虚拟机实现对串行程序的自动并行优化以及并行程序语言的跨平台性【翻。1．2本课题提

6、出的原因及意义在当前科技发展过程中，许多领域需要处理极其庞大的数据量，如科学、能源、医学、军事等许多领域，对高性能计算的需求越来越大。但是由于许多用户不能负担起昂贵的并行计算机，因此通过网络组成一个虚拟的并行计算机系统(即并行虚拟机)来代替昂贵的并行计算机。这将是一个实际可行的良好方案。由于PC机的广泛普及和应用，利用现有网络建立一个并行虚拟机以便解决大型计算问题的研究已经成为目前并行计算领域中的热点之一。由于图像处理需要耗费大量的计算能力和内存，一方面需要处理大量数据，另一方面是对每个数据都执行完全相同的操作【131。

7、提高图像处理的速度是图像处理面临诸多挑战的问题之一，因此对图像实现并行处理是图像处理中一个重要的方面，是提高图像处理速度最有效的方法之一【14l。通过多年的发展，图像并行处理技术也确立了它在图像处理中的地位。本文就是利用具有容易搭建、成本低、可扩展性好、用户编程方便等特点的Pc机群进行图像并行处理的研究与实现。通过该课题的研究，我们将能够利用现有的PC机资源，通过资源重组以实现廉价的并行虚拟机，并利用它来解决一些实际的问题。所以通过该课题的研究，一方面可以利用现有网络资源实现大任务的并行解决方案。另一方面也可以为并行计算

8、的教学提供一个良好的并行试验环境。因此，对图像进行并行处理研究具有广泛的使用价值和广阔的应用前景。1．3本课题主要研究内容根据我国大多数普通院校和科研单位都不能拥有价格昂贵的并行机，但实际上经常需要利用高性能计算机来解决一些实际问题。比如，很多高校的本科或研究生2第二章并行计算理论知识2．1并行性2并行计算理论知识并