РЕАЛИЗАЦИЯ ФРАКТАЛЬНОГО СЖАТИЯ И ДЕКОМПРЕССИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПАРАЛЛЕЛЬНО-КОВЕЙЕРНЫМ СПОСОБОМ НА РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Аннотация
Фрактальные алгоритмы находят все большее количество областей применения – от компьютерной графики до моделирования сложных физических процессов, но для их программной реализации требуются значительные вычислительные мощности. Фрак- тальное сжатие изображений отличается высокой степенью компрессии данных при хо- рошем качестве восстановленного изображения. Целью данной работы является повыше- ние производительности реконфигурируемых вычислительных систем (РВС) при реализа- ции фрактального сжатия и декомпрессии изображений. В работе описаны разработан- ные методы фрактального сжатия и последующей декомпрессии изображений, реализо- ванные параллельно-конвейерным способом для РВС. Основная идея параллельной реализа- ции фрактального сжатия изображений сводится к параллельному выполнению попарного сравнения доменных и ранговых блоков. Для достижения наилучшей производительности необходимо одновременно сравнивать максимальное количество пар. При практической реализации фрактального сжатия изображений на РВС учитываются такие критические ресурсы, как количество входных каналов и количество логических ячеек ПЛИС. Для задачи фрактального сжатия изображения критическим ресурсом являются каналы данных, по- этому параллельная организация вычислений заменяется параллельно-конвейерной после выполнения редукцию производительности параллельной вычислительной структуры. По- дача каждого операнда в вычислительную структуру осуществляется последовательно (побитово), что экономит вычислительный ресурс и уменьшает простой оборудования. Для хранения коэффициентов системы итерируемых функций, кодирующих изображение, введена структура данных, задающая отношения между номерами ранговых и доменных блоков и соответствующими параметрами. Для удобства последующей декомпрессии элементы массива, кодирующего сжатое изображение, упорядочены по номерам ранговых блоков, что позволяет избежать двойной косвенной адресации в вычислительной структу- ре. Представленный подход позволяет масштабировать параллельно-конвейерную про- грамму на любое количество программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Практическая реализация фрактального сжатия изображений, выполненная на реконфи- гурируемом компьютере Терциус-2, содержащем восемь ПЛИС, обеспечивает ускорение в 15000 раз по сравнению с универсальным многоядерным процессором и в 18–25 раз по срав- нению с существующими решениями для ПЛИС. Реализация декомпрессии изображения на реконфигурируемом компьютере показывает ускорение в 380 раз по сравнению с аналогич- ной реализацией для многоядерного универсального процессора.
