VLIW处理器上数字图像匹配系统设计与性能优化技术研究

论文摘要

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。

论文目录

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