在图像处理应用中几种并行计算技术的比较

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1、万方数据第十六卷第四期信号处理V01．16．No．42000年12HSIGNALPROCESSINGDes．2000在图像处理应用中几种并行计冀技术的比较卉杨伟健姚庆栋(浙江大学信息与通信工程研究所)I摘薹l本戈讨论了三神采用不同并行技术的代表处理器芯片在阕豫处理底层算法中的能能默爱资源剥露事的弼藤，缋班芯片系烈内部缴商和裘捌越的横尚毙较结果，对聱i{l终魏并行处理在委豫她遴廉层方垂驰潜力疆爰骚裁多拣搏棼葺螽舞薅台逢爨势稽箍蘧技零。美饕词：1谨”ⅣMMX。强一32BAPSIMD并行处理已经成为规代计算机技术

2、的共键技术，其动力来自实际应用对高性能，低价格和持续生产力日益增长的需求，例如寅时图像处理“埘就是一种。传统的冯·诺埃曼式计群机结构有许多值得改进靳地方，譬如说，存诸嚣和处理器的分离导致计算机的工作时辩毒报太一部分为处璜器鞍存器之阃的数据侍赣辑艘用，鄂存盔耩薅嚣泻，游缓熊溉矮。黉疗黠理是瓣决滚一簿蓬簿攘毒琏教黪方案，瞧是枣燕齄嚣算瓿熬赣o。在嚣蓰静歆照理嚣孛主繁我搦7以下静并芋}技术：撩令缎貔并季亍鲡漉永缡、越豁激、VLIW缮拇；}}算棼糍鄹锋的并行如脉动阵列、SIMD、MIMD等。我们要做圜像处理底层和中

3、层实时处理的嵌入机设备以及设计芯片，采用何种并行结构和图像处理的低中层处理比较是本文研究的目标。在本文中，分别研究了现有三种并行技术代表芯片在图像处理中的应用，并比较了它们的性能但f用的源图像都是256+256．妣灰度图像)。作为我们研究嵌A式设备及研制棼片的借鉴．这三种芯片分别如袅l，裘2所示。表I三种代袭；捺．跨殛采用懿箨簿技术

4、整琏嚣棼婷采用翦并行技术

5、(TI)TMS320C5201DSP芯片流水绒、VLIW结构fIA一32Pentium系列流水线．超标量、SIMDBAPl28芯片SIMD表2三种代鹱

6、芯片的主要参数TMS320e6箱lPent沁mIll450嚣AP{挞Clock(M}

7、z)2∞45020工艺(urn)O．幻025O．8面积(mm2)N／A16070晶体管(Mill)N／A8．2O。8峰值性能(MIPS)16001000440其中BAPl28芯冀燕我所自行设计并瀛肆妓蹲的集成128个位处理嚣予一个芯片的SIMD拌列㈣。奉交缠挥帮下：第二节撬蔓舟缮了蔑穆劳符诤葵技术韩特点，筹三肇砖咒静劳嚣诗算技术在辫像疯篡算法中秘性能进行了横向托较，络出了实验结粜，簿鞠节是结论。·本课题得到“863”嘲家高

8、科技项目的资助．万方数据36s萤号处蓬笨—}六卷二、死释并行诗冀援来薛簿要舟窝L盯幡就0c脚1和VLIW结构疑腭投零是枣j_}ll编译技零黪淼建舞发瓣痔嚣攒令缎著暂ffLP-Ir蚴nk瞄轴捌翔，。象懿疆锌绻拷童装特点是端片中的并行功能单苑通过一个犬的共事寄存器文{牛嚣连起来，选样硬件结柯的可伸嫡性只黛制予寄存器文件。编译技术的研究展示出Ⅵ瑚有潜力搿发出超标鬣技术更太的Ⅱ只而且硬件实现上简单，这符合7硪慰瓣发爱趋势。TMS320c6201是弧公司3"MS320Dsp中的一员，也是最先采用Ⅵ删结樗CⅡ称为№Ⅱ1

9、’的商用DsP芯片。这种芯片其有如下特点““：··包含寒个囊箍，菇孛2争黎攘嚣。矗个算术萃元；每个j罨麓最多霉鞋麓瞬捷嚣8条撑令·所有的指令都熊按条件执行，极大地减少了分支的开错，增加了指令的并行性·编程指定运行时的功能单辩，并辅之以高效的C编译器和汇缠编译器。支持8／16／32-Rrl"数据，适应布同静波蘑萄台。通过编野和硬件精犄密切联籁的一种称为L妇盯加蝴r崎的{仁编程序(槔为线性{c编程序)，编译器将会对程序提供如下优化：·寻接露并嚣挽静静撑夸·合理斑排流水线·分配寄存器·势嚣麓耱荤盂但是VLDV结构

10、也有缺陷：首先，为了提高资源的利用率，必须采用循环展开等技术．弓I起的程序体积膨胀加麓了存储的负担．其次，VLIW对Ⅱ卫的开发根本上琏是静态的，固此难以处理程序申众多的动态不确定因素，媚分支魏韵态特毪、存取延迟辩幂确定嚣索等。为藏，班脒编译器太蚕蘩蔫瑗嚣技术{器置璇涮莽燕按最差情况来预浏，即保守调度)，但如果程序的赛际执行和预测效果不符时，ⅥIW不得不使用互锁的方法保_酲程序的正确执行语义，造成程序执行性能的巨太损失．所I王(，当程序的可预测性低时，Ⅵ』W结构的性能就大大降低了．缸A一32和MMXo技术”8

11、MMxo技术是IA一32∞一城h旭如饿虹虹Ⅱ畸结构的徽处理器自80396以来对措令集最大的敬动。其本震楚把32稼ALU和寄存器文俸鬣舍起来，哥瓣分裂痕几个8bit单位律$1MD处理．袋角MMX技术，在多媒体丰富的应用中，有1．5～扛的性能改善，程棱心部分刚有4)【的挺高，SSE9∞蛐苗n既Sl礴aming$IMDD㈣n)技术剥是对MMXo的潞点扩展。通过对MPEGI／2．啬乐舍戚、谱音压雅、潇考试剐，黼像处理、辩