多核并行運算加速圖像處理

楊冠男　袁杰

摘要：隨著并行處理技術(shù)的發(fā)展，并行計算正不斷應(yīng)用于科學(xué)計算領(lǐng)域之外的眾多工程領(lǐng)域，圖像并行處理技術(shù)更是在傳統(tǒng)的圖像處理領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在此主要是基于多核CPU的分布式并行計算Matlab PCT加速圖像處理，依照并行處理規(guī)則，尋求問題并行歸約，憑借有效的硬件資源，對其進行并行處理，提高程序執(zhí)行效率，縮短計算延時。通過Matlab和Visual C++兩個平臺，實現(xiàn)了對圖像工程的并行加速處理，結(jié)果證明經(jīng)并行處理后的圖像工程在計算效率方面有顯著提高，結(jié)果精確，計算耗時小。

關(guān)鍵詞：圖像處理； 并行處理技術(shù)； 分布式計算； Matlab PCT

中圖分類號：TN19?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2013）02?0036?03

0 引 言

圖像并行處理技術(shù)是將并行計算應(yīng)用于圖像處理中以提高圖像處理速度的一種技術(shù)，它是圖像處理中的一個重要方面。多核（又叫多處理器或多CPU）分布式并行計算就是并行處理的一種解決方式，是將并行計算的方法應(yīng)用于分布式計算模式下[1?4]。具體的說，是將一個復(fù)雜問題分解成能夠并行求解的若干子問題，對這些子問題采用并行處理后將結(jié)果進行重新組合得到原復(fù)雜問題的最終結(jié)果[5?6]。

1 Matlab PCT

MatlabPCT（Parallel Computing Toolbox）是MathWorks公司為Matlab開發(fā)的一套專門用于多核計算機、多GPU以及計算機集群并行計算的并行計算工具箱。該工具箱提供了高級架構(gòu)：并行for循環(huán)、特有的數(shù)據(jù)類型以及并行數(shù)據(jù)算法：以此解決大型的數(shù)據(jù)密集型科學(xué)計算和模型仿真。

Matlab PCT的主要特點：

（1）并行for循環(huán)（parfor）用于多核處理器運行任務(wù)并行算法；

（2）支持多核計算機最多本地運行8個workers；

（3）支持計算機集群和網(wǎng)格計劃；

（4）交互式和批量執(zhí)行并行應(yīng)用；

（5）分布式陣列和單程序多數(shù)據(jù)（spmd）構(gòu)造大數(shù)據(jù)集處理方法以及數(shù)據(jù)并行算法；

（6）支持英偉達的CUDA架構(gòu)用于多GPU并行計算。

Matlab PCT提供了多個高層次的編程結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序可以充分利用多核處理器的計算機配置資源優(yōu)勢。針對分布式處理器構(gòu)造并行for循環(huán)和特殊的數(shù)組類型，通過抽象Matlab節(jié)點和計算資源間復(fù)雜的計算管理和數(shù)據(jù)，極大地簡化了代碼開發(fā)過程。圖1是在利用Matlab PCT在計算機集群上實現(xiàn)分布式并行計算的示意圖。

3 結(jié) 語

Matlab PCT是將基于多核的分布式并行計算術(shù)應(yīng)用于實際處理的圖像工程中。依照并行處理規(guī)則，憑借有效的硬件資源，對其進行并行處理，提高程序執(zhí)行效率，縮短計算延時。通過Matlab和Visual C++兩個平臺，實現(xiàn)了對圖像工程的并行加速處理，在性能效益方面都有明顯的改善。

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