基于CPU/GPU的JPEG2000遥感图像解压缩系统的设计与实现

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尽管JPEG2000是早已成熟的图像压缩技术和标准,但由于其计算复杂度较高,在应用中还不是很普及,目前主要应用在遥感图像的压缩领域。我国目前高分系列卫星的遥感图像大都采用了 JPEG2000的图像压缩标准,星上利用多个芯片并行压缩图像,以达到实时压缩的目的,地面处理系统利用集群设备并行解码图像,以达到实时解压缩的目的。地面系统的庞大集群设备严重制约了遥感图像在小型应用单位和移动设施等方面的灵活应用。为此,本文基于CPU和GPU平台设计实现了 JPEG2000的遥感图像实时解压缩系统,以解决现有地面解压缩系统的小型化问题。本文主要完成了如下工作:首先,本文利用多线程技术减少地面遥感图像解压缩系统中的集群设备数量,当前的JPEG2000解码器虽然利用多核CPU进行数据处理,但采用的却是单线程顺序流的处理方式,并没有充分发挥多核CPU的性能。基于此问题,本文在多核CPU计算平台上,利用多线程技术实现遥感图像的解压缩,这种并行处理方式能够减少集群设备数量并达到实时解压缩的目的。对此,本文分析了遥感图像解压缩系统以及多核CPU计算平台的特点,并设计实现了基于CPU的轻量级的遥感图像实时解压缩系统。其次,尽管通过多核CPU能够实现多线程的并行解压缩系统,但仍然需要多台计算机才能达到实时解压缩的目的,因此轻量级的系统并非真正的小型化。基于此问题,本文在多核CPU的基础上装入GPU加速器进行解压缩处理,GPU可通过大量的主频较小的内核并行处理庞大的数据量,在一台计算机上利用体积很小的GPU便可达到实时解压缩遥感图像的目的。对此,本文分析了遥感图像系统中各个解压缩模块以及GPU计算平台的特点,并设计实现了基于GPU的小型化的遥感图像实时解压缩系统。最后,测试论文中设计实现的小型化的遥感图像解压缩系统是否满足了需求,包含解压缩正确性测试以及解压速度测试,利用最终实现的系统对压缩码流进行解压缩,验证重建后的图像是否能正确输出,同时测试解压缩速度是否不低于 220Mbps。
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