بهبود کارایی تبدیل موجک گسسته دوبعدی با استفاده از تکنیک موازی‌سازی در سطح داده

Abstract

تبدیل موجک گسسته دوبعدی (2D-DWT) به‌صورت گسترده‌ای در کاربردهای مختلف پردازش داده‌های چندرسانه‌ای ازجمله استانداردهای فشرده‌سازی تصاویر و ویدئو مورداستفاده قرار می‌گیرد. بااین‌وجود، این تبدیل دارای پیچیدگی محاسباتی بالاتری نسبت به تبدیل‌های مرسوم مانند تبدیل گسسته کسینوسی و دیگر توابع موجود در استانداردهای فشرده‌سازی است و بیشترین درصد از زمان اجرا را به خود اختصاص می‌دهد. در این مقاله، برای بهبود کارایی 2D-DWT از مجموع دستورات فنّاوری‌های توسعه برداری پیشرفته AVX/AVX2 و جمع ضرب ترکیبی (FMA) که قابلیت پردازش 256 بیت داده با استفاده از معماری یک دستورالعمل و چندین داده (SIMD) که توسط اکثر پردازشگرهای همه‌منظوره (GPP) پشتیبانی می‌گردد، پیشنهادشده است. با استفاده از این فنّاوری‌ها قابلیت پردازش هشت داده 32 بیتی برای اعداد اعشاری و شانزده داده 16 بیتی برای اعداد صحیح شانزده بیتی در ثبات‌های SIMD یک GPP فراهم می‌گردد. بعلاوه نحوی نگاشت تبدیل‌های مختلف موجک به روش پردازش‌های سطری-ستونی که پردازش‌های سطری و ستونی را جداگانه انجام می‌دهد و مبتنی بر خط که هر دو، سطرها و ستون‌های تصویر را در یک حلقه پردازش می‌کند، استفاده‌شده است. نتایج پیاده‌سازی موازی‌سازی تبدیل‌های مختلف بر روی یک پلتفرم GPP نشان داد که کارایی، 2D-DWT به ازای اندازه تصاویر مختلف را می‌توان تا 28.8 برابر نسبت به پیاده‌سازی سریال بالا برد. همچنین نگاشت مبتنی بر خط که باعث استفاده بهتر از ساختار سلسله مراتبی حافظه می‌گردد، کارایی را نسبت به نگاشت سطری – ستونی بیشتر بهبود می‌دهد.