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VLIW处理器上数字图像匹配系统设计与性能优化技术研究

作　者: 张帆
导　师: 窦勇
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 软件工程
关键词: 超长指令字图像处理数字信号处理存储优化
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 38次
引　用: 1次
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内容摘要

文章主要介绍在超长指令字处理器上图像处理算法的优化技术。文章提出的优化技术分为两类:存储优化技术和指令级并行优化技术。存储优化是基于DSP多级存储体系结构,根据算法的特点,通过合理的数据I/O调度减少程序运行时间。指令级并行优化是基于DSP的CPU体系结构特点,在一个周期发射多条指令,从而减少程序运行时间。为了验证算法,本文实现了一个基于TI TMS320DM642数字信号处理器(DSP)的数字图像匹配软件系统。软件分为两部分:PC端部分和DSP端部分。PC端软件实现两个功能:一是将图片打开并将有用数据送到DSP,二是接收DSP处理后的结果数据并显示结果。DSP端软件的功能是按指令要求处理PC端送来的数据,包括对图像数据进行滤波、边缘检测、二值化及匹配等。本文主要工作有:针对图像处理中的滑动窗口类算法,采用多种存储优化方法优化。通过试验证明,优化后的加速比为30-70。对距离变换算法进行指令级并行优化。按照C6000上软件优化流程,采用写线性汇编、减少冗余计算、使用访问较长数据指令、使用SIMD指令、软件流水和模式调度等多种优化方法。提出几种存储优化方法,分别优化QR分解算法中的几步。经过分析,规模为512×512矩阵,转置部分,可以减少数据I/O约15%,上三角化部分数据I/O可以减少为优化前的1.9%。实现一套软件系统,完成图像匹配,并应用以上提出的优化技术。

全文目录

摘要  11-12
ABSTRACT  12-13
第一章绪论  13-25
  1.1 超长指令字(VLIW)  13-22
    1.1.1 超长指令字体系结构  13-14
    1.1.2 数字信号处理器(DSP)  14-16
    1.1.3 DM642 硬件结构  16-20
    1.1.4 DM642 的软件优化流程  20-22
  1.2 图像匹配的原理  22-23
    1.2.1 图像匹配过程  22
    1.2.2 图像匹配应用  22-23
  1.3 课题的研究目标、内容和意义  23-24
    1.3.1 课题的研究目标和内容  23
    1.3.2 课题的意义  23-24
    1.3.3 本文的结构  24
  1.4 本文的研究成果  24-25
第二章滤波和边缘检测算法的并行优化  25-45
  2.1 滤波算法及其并行优化  25-36
    2.1.1 滤波算法的原理  25-27
    2.1.2 中值滤波算法的并行优化  27-35
    2.1.3 优化结果  35-36
  2.2 边缘检测算法及其并行优化  36-41
    2.2.1 边缘检测算法的原理  36-39
    2.2.2 优化结果  39-41
  2.3 并行优化规律总结  41-44
  2.4 本章小结  44-45
第三章距离变换算法的并行优化  45-66
  3.1 距离变换算法的原理  45-49
  3.2 CHAMFER 距离变换算法的并行优化  49-65
    3.2.1 算法分析  49-50
    3.2.2 指令级并行优化  50-55
    3.2.3 采用SIMD 指令优化  55-56
    3.2.4 指令调度及软件流水优化  56-65
  3.3 本章小结  65-66
第四章 KALMAN 滤波  66-74
  4.1 KALMAN 滤波的应用及原理  66
  4.2 矩阵求逆算法应用及原理  66-68
    4.2.1 QR 分解  66-67
    4.2.2 Gause－Jordan 主元素法  67-68
  4.3 QR 分解算法及并行优化  68-73
    4.3.1 算法分析  68-69
    4.3.2 算法的并行优化  69-73
  4.4 本章小结  73-74
第五章二维FFT 变换的并行优化  74-82
  5.1 二维FFT 变换算法的原理  74-76
    5.1.1 DFT 原理  74
    5.1.2 FFT 原理  74-75
    5.1.3 二维FFT 原理及算法  75-76
  5.2 二维FFT 变换算法的并行优化  76-80
    5.2.1 预取数据优化  76-77
    5.2.2 矩阵转置优化  77-78
    5.2.3 乒乓缓冲优化  78-80
  5.3 不同硬件平台上二维FFT 运算性能比较  80
  5.4 本章小节  80-82
第六章 MATCH 图像匹配系统  82-89
  6.1 MATCH 系统介绍  82
  6.2 图像预处理模块  82-85
    6.2.1 色彩变换  83
    6.2.2 图像的二值化  83-85
  6.3 图像匹配模块  85-89
    6.3.1 Hausdorff 距离  86
    6.3.2 图像匹配模块流程  86-89
第七章结束语  89-90
  7.1 全文工作总结  89
  7.2 工作展望  89-90
致谢  90-91
参考文献  91-94
作者在学期间取得的学术成果  94-95
附录距离变换正向扫描线性汇编程序  95-96

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