基于MPI的三种数字信号变换算法的并行处理技术实现

论文摘要

在数字信号领域,高速的数字信号变换技术的产生,成为解决科学研究和工程领域诸多应用的重要手段。由于数字信号信息丰富,数据量大,用最小的时间开销和最小的空间开销是数字信号变换的关键所在。计算机单机技术发展的有限性和科学工程计算需求的无限性之间的矛盾,决定了计算机发展必然走上多机并行的道路,并行处理技术的发展将成为未来国防建设、国家科技发展的主要推动力量。相应地,这种对工程计算能力与日俱增的需求也是促使并行处理技术在近二十年来得到蓬勃发展的主要源动力。因此,对数字信号变换算法进行并行化研究是非常重要的和有价值的研究方向。本文将以并行算法在数字信号变换中的应用为研究对象,重点研究了并行算法在FFT变换、DCT变换和小波变换问题中的一些方法和应用。首先,介绍快速傅立叶变换(FFT)和离散余弦变换(DCT)理论,重点设计了在机群环境下求解计算FFT,DCT的并行算法,详细描述了设计思路,设计策略。然后,介绍小波变换相关理论,重点设计和分析了在机群环境下,实现离散小波变换(DWT)的并行算法,并给出了详细的算法描述和分析。文中提出的三种数字信号变换算法的并行算法已经在Linux上的MPI平台上实现。通过理论分析和实验仿真,表明本文实现的并行算法具有较高的并行效率和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 并行数字信号变换国内外研究现状
• 1.3 课题研究内容及论文安排
• 第2章 并行算法基础理论
• 2.1 并行处理技术简介
• 2.1.1 并行编程模式
• 2.1.2 并行语言
• 2.1.3 并行算法分类
• 2.1.4 并行算法的设计
• 2.1.5 并行算法的性能评价标准
• 2.2 机群简介
• 2.3 MPI简介
• 2.3.1 MPI的语言绑定
• 2.3.2 MPI并行编程环境
• 2.3.3 MPI程序的组成
• 2.3.4 MPI的具体实现
• 2.4 本章小结
• 第3章 FFT、DCT并行算法的设计和分析
• 3.1 离散傅立叶变换的并行程序设计
• 3.1.1 FFT基本思想
• 3.1.2 FFT简介
• 3.1.3 FFT并行算法实现
• 3.2 DCT并行实现
• 3.2.1 DCT算法简介
• 3.2.2 DCT变换的工作原理
• 3.2.3 DCT变换并行实现
• 3.3 本章小结
• 第4章 小波变换及其并行实现
• 4.1 小波变换基本理论
• 4.1.1 连续小波变换（CWT）
• 4.1.2 离散小波变换
• 4.2 离散小波变换的并行实现
• 4.2.1 紧支集小波
• 4.2.2 DWT并行实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验仿真与结果分析
• 5.1 基于Linux集群环境搭建
• 5.1.1 创建SSH信任连接
• 5.1.2 安装MPICH2
• 5.1.3 测试
• 5.1.4 问题解决
• 5.1.5 MPICH与编译环境的整合
• 5.2 数据分析
• 5.2.1 FFT变换
• 5.2.2 DCT变换
• 5.2.3 DWT变换
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历
• 附录