Введение к работе
Актуальность темы. Одним из вакнейзих направлений автоматизации научных исследований в различных областях науки и техники: обработка космических сигналов,радиолокация „ астрофизика,телевидение и т.д. .является применение средств вычислительной техники в цифровой обработке изображений, причем сфера применений постоянно расширяется . Характерными особенностями задач цифровой обработки изображений ппляются : массовый характер и большой объем обрабатываемой информации,необходимость обработки в реальном времени. Отметим,что п зависимости от области применения,на ісаждьій
6 9 кадр цифрового изображения приходится от 10 до 10 бит/с. Поэтому в задачах обработки и анализа изображений все острее ставятся проблемы повышения быстродействия,производительности и иніїоркацконной мощности средств вычислительной техники и т. д. .При этом, особое значение приобретает вопрос повышения эксплуатационной надежности .Отметим,что вопрос обеспечения надежности процессоров ортогональным преобраао-вазіий практически не исследован.
Решение этих проблем развивается в двух основных направлениях: разработка зффеїсгивньїх вычислительных методов и алгоритмов,повышение качества используемых средств вычислительной техники.
Как известно,дискретные ортогональные преобразования использутся ка различных этапах и задачах цифровой обработки и анализа изображений и занимают большую часть времени обработки изображений,поэтому важное значение приобретает их эффективная реализация. Ка сегодня существует множество быстрых алгоритмов ортогональных преобрааований. .Однако,быстродействие последовательных быстрых алгоритмов ортогональных преобразований в совокупности с классическими однопроцессорными ЭШ не позволяет .вести обработку больших массивов данных в реальном времени. В последнее время большое внимание уделяется разработке параллельных алгоритмов быстрых ортогональных преобразований для универсальных параллельных ЭМ Тем но менее их практическое
- 4 -применение ограничивается такими факторами,как несоответствие между архитектурой ЭЕМ я алгоритмами, дороговизной и недоступностью.
В связи с этим,а также ввиду развития новых технологий, ноаводяищих отображать . существующие вычислительные методы на архитектуру средств вычислительной техники,становится актуальной задача разработки эффективных параллельных специализированных устройств,реализующих быстрые ортогональные преобразования и определенные задачи цифровой обработки и анализа изображений. Известные устройства, как правило,используют максимальный параллелизм,присущий данному типу процессора,обладая тем самым максимальным быстродействием. Однако,при таком подходе ухудшаются другие характеристики : надежность,сложность исполнения,избыточность аппаратуры,стоимость и т.д.,хотя для решения задач конкретного пользователя быстродействие монет быть избыточным. Это приводит к ограничению применения таких спецпроцессоров и их практической реализации,кроме того для эффективности использования спецпроцессоров,необходимо,чтобы его архитектура удовлетворяла воамояно большему кругу пользователей,в зависимости от исследуемых задач обработки .изображений,каждому иа которых подходит спецпроцессор оп-.ределэнного типа,в частности,с определенной степенью параллелизма. Б то же время производитель ааинтр&сован выпускать один и тот же тип универсального комплекса. Т. о. возникает задача разработки, унифицированной архитектуры спецпроцессоров, которая благодаря простой перестранваемости удовлетворяла бы, каздого конкретного пользователя в отдельности, по комплексу параметров,наиболее важными из которых являются быстродействие,сложность и надежность.
Делі»» работы является разработка унифицированных архи-. тектур спецпроцессоров и отказоустойчивой системы ортогональных преобразований,обладающих высокой производительностью и надежностью,ориентированных на решение задач обработки изображений, а именно:
- разработка методологии построения обших структур процессоров.эффективно реализующих семейства Хааро- и fiy-рье- подобных базисов;
разработка униф.дщрс^анных архитектур семьлств; процессоров быстрого преобразования Хаара и Уолта-Адамара, позволяющих варьировать быстродействием и сложностью;
разработка архитектуры откаэо;, стойчивой системы ортогональных преобразований,с высокой производительностью
и малой занимаемой площадь»;
- создание систем фильтрации и сжатия изображений на
основе предложенных архитектур для^эффективной обработки и
аначиза изображений.
Нзучная новизна.
Предложены общие методологии разработки структур поточно- прпаллельних процессоров по двум г *роким классам ортогональных преобразований (типа Хазра а тит. Фурье); разработан потсчно-прпаллзльный процесор Хіарз, эеспечиваю-цнй высокое быстродействие и полную загр"жен.:ость аппаратуры- за счет совмещения поточного и параллельного принципов обработки; разработаны упифмиловаяные архитектуры семейств поточно-параллельных процессоров Хаара и Уолта--Адомара.поаволяїудиє в предел;.о. каждого семейства (на базе единой струїсгурьО реализовать ряд процессоров с различным уровнем параллелизма,различной степенью сложности и быстродействия; найдены оценки бысгродействия и занимаемой площади для каждого процессора из представленных семейств; предложена архитектура отказоустойчивой системы ортогональных преобразований, обеспечивающая;
надежность и нормальное функционирование системы без потери производительности в случае отказа одного процессорного блока;
функционирование системы с потерей производительности в пределах имеющегося запаса,в случае отказа более одного блока.
Предложены эффективные системы фильтрации и. сжатия изображений , исоольэующИч- разработанные процес эры.
Практическая ценность работы. Разработанные спецпроцессоры и отказоустойчивая система ортогональных преобразований могут использоваться в составе любых систем цифровой обработки сигналов, использующих спектральные методы филь-
трации, слагая, восстановления, корреіїции, выделения признаков, обнаружения,распознование образов и т.д.. Они поьаоляют вес ж и поточно- па»>аллельнуі обработку данных в' реальном времени о высокой степенью надежности и быстродействия,например, при обработке речевых и сейсмических,радиолокационных, гидродокационны:. сигналов, в комплексной медицинской диагностике, коиплекском иди истомном изучении океана и атмосферы.
Г&огикат'ли. По теме диссертации опубликовано пять работ, в том числе три авторских свидетельства на изобретения. Основные г^лоаєкие и результаты работы были доложены в докладах на :1-й Всесоюзной Чонферекции "Распоэнивание образов и анализ изображений: Новые информационные Технологии", (РОАИ - 1-91),(Минск, 1991),на конференциях :"Проблемы создания систем обработки .анализа и понимания изображений" ( Ташкент,19?\,1992 ), в Институте Проблем Информатики и Автоматизации АН Республики Армения (Ереван 1990-1992),в Техпческом университете (EpIEf, Ереван, 1990 ).
Структура работы. Диссертаци" состоит из введения,трех гдэв,списка литературы.включающего 70 наименований, приложения и~ изложена на 1С0 страницах.