采用多核异构架构实现的jpeg2000无损压缩器设计

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1、分类号TN47学校代码10590UDC621.3密级公开深圳大学硕士学位论文采用多核异构架构实现的JPEG2000无损压缩器设计李才年学位类别工程硕士专业名称集成电路工程学院（系、所）信息工程学院指导教师刘宏伟副教授徐渊讲师采用多核异构架构实现的JPEG2000无损压缩器设计摘要随着科学与技术的发展，人类生活中的数据量与日俱增，数据中心的算法变得更加复杂，运算量也随之增大。单核的CPU已经满足不了人们对系统性能的要求。多核异构系统将通用处理器、GPU、DSP以及IP核等计算单元集成到单一芯片上，具有性能高、功耗低和开发周期

2、短等优势。在数据密集和计算密集型领域里，多核异构并行系统已经取得非常显著的效果。近年来，JPEG2000无损压缩在空间遥感图像应用领域和医疗图像领域有着广泛的应用，相关的研究也越来越多。但是在已有的实现方案中，依然存在着诸如性能与开发周期、性能与成本等方面的矛盾。因此，研究如何使用多核异构系统来提高JPEG2000无损压缩的性能，并能够减少项目开发周期和成本具有深远意义。本文在研究了JPEG2000算法原理的基础上，对其各个模块进行了软硬件模块的划分。对于耗时比较多的小波变换模块和TIER-1编码模块，采用FPGA硬件并行

3、架构实现；其它模块则采用将开源软件Jasper移植到Microblaze中的方式来实现。结合OpenCL平台模型，本文提出了一种适用于JPEG2000编码器的可编程多核异构平台。该平台通过AXI总线将主处理、计算单元和存储器等连接起来。主处理器负责任务的调度与监控；而JPEG2000算法的各个模块属于计算单元中的处理单元，每个处理单元都拥有自己独立的内存。在介绍完多核异构平台后，本文着重介绍了小波变换和TIER-1编码两个硬件处理单元的设计。在小波变换中，行小波变换和列小波变换对数据进行并行处理，从而达到了硬件加速的目的。

4、TIER-1编码包括了一个全并行位平面编码模块和多个MQ编码模块。两者均采用了四级流水线架构。为了解决位平面编码与MQ编码速率不匹配的问题，本文在每个位平面编码通道后接入一个MQ编码，并采用了跳过无效数据的思想，在最大程度上提高了TIER-1编码的速度。整个多核异构平台在Xilinx公司的VC707开发板上实现。采用ISE开发套件对硬件加速模块进行设计与仿真，然后将设计好的IP核集成到EDK工具上。实验结果表明，在100MHz的时钟下，该平台每秒可以处理69帧大小为512×512I采用多核异构架构实现的JPEG2000无损

5、压缩器设计的灰度图像，基本满足了实时性的要求。另外，该平台为用户提供了用于软件编程的API函数。基于此平台，用户只需要在软件上输入相应的函数，便可以轻松实现JPEG2000编码，这能够大大减少项目开发难度与周期。关键词：多核异构；JPEG2000；FPGA；可编程；无损压缩IIJPEG2000LosslessCompressorImplementedbyMulti-coreHeterogeneousArchitectureAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,th

6、eamountofdatainhumanlifeisincreasing,andthealgorithmofdatacenterisbecomingmorecomplex.Asaresult,single-coreCPUcan'tsatisfythedemandofpeopleonthesystemperformance.Multi-coreheterogeneoussystemswhichintegratesalargenumberofgeneral-purposeprocessor,GPU,DSPandotherIPc

7、ores,hasmanyadvantages,suchashighperformance,lowpowerconsumptionandshortdevelopmentcycle.Thus,inthefieldofintensivedataandintensivecomputation,multi-coreheterogeneoussystemhasachievedsignificanteffect.Inrecentyears,JPEG2000losslesscompressionhasbeenwidelyusedinthe

8、fieldofspaceremotesensingimageapplicationandmedicalimage,therelatedresearchisalsogainingmoreandmoreattention.But,intheexistingimplementationschemes,ther