[發明專利]基于多核架構的大圖像實時瀏覽方法

無效

• 申請號: 200910152972.1
• 申請日: 2009-09-24
• 公開（公告）號: CN101650820A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 楊鑫;許端清;趙磊;唐大偉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06T1/60;G06T1/20
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，尤其涉及一種基于多核架構的大圖像實時瀏覽方法。

背景技術

近年來，隨著數據獲取設備的不斷提高，越來越多的高精度大圖像出現在醫學、遙感、氣象、考古等領域中。這些大圖像給使用者帶來更多細節信息的同時，也給計算機交互式的顯示它們帶來了巨大的挑戰。例如，我們使用Canon?5D相機在敦煌莫高窟285洞窟拍攝的“飛天”佛像全景圖數據大小達到了15G，遠遠超過了計算機內存和顯存的容量限制，導致了效率低下的out-of-core數據訪問，給圖片的實時瀏覽帶來了巨大的問題。

以往對大圖像瀏覽的研究大多利用數據訪問的時間相關性和空間相關性，通過緩存最近訪問的圖像數據，最大限度的降低數據從硬盤到內存的延遲時間。這些算法存在兩個明顯的不足：首先，這些算法都需要進行大量的預處理操作，這些操作是十分耗時的，大大降低了操作效率；其次，這些算法都是通過設計一些存儲層次結構，來緩存已訪問的數據，利用數據使用的時間相關性和空間相關性，然而一旦需要訪問新的圖像數據，就不得不從硬盤調度，產生了明顯的I/O延遲，使圖像的實時瀏覽性能突然下降。為此，我們提出了一種基于預測的數據管理方法，通過預測使用者即將可能瀏覽的圖像數據，利用多核架構下的并行工作管道，將這些預測數據快速的提前預取到內存中，從而避免了數據訪問中可能產生的延遲。

隨著計算機硬件計算能力呈指數速度的增長，尤其是多核技術的出現，使數據的并行處理能力有了巨大的提高。Nvidia公司推出的GTX285圖形卡已經可以達到500Gflops的性能，其基于GT200架構的圖形卡里包含了多達240個處理器，通過SIMT編程模型實現高性能計算；另外，圖形卡的可編程性也越來越靈活，Nvidia公司的CUDA編程架構可以使編程者靈活而且充分的利用GPU的強大并行計算能力進行算法設計。

圖像處理本身就是十分適合并行處理的算法，因此很適合利用這些新的硬件性能。為了充分挖掘硬件的并行計算能力，以實現大圖像的實時瀏覽，所以必須重新設計數據結構和算法，否則無法發揮現有硬件的處理能力。

發明內容

本發明提出的是一種基于多核架構的大圖像實時瀏覽方法，采用并行工作管道和基于預測的數據處理技術，不需要任何預處理操作，大大提高了瀏覽的效率。

一種基于多核架構的大圖像實時瀏覽方法，包括如下步驟：

(1)使用內存映射技術，將所述的大圖像中指定部位的圖象數據讀取至緩存池；

讀取指定部位的圖象數據時是分若干數據塊讀入的，每個數據塊對應的一個圖象區域，每個圖象區域大小相同且均為矩形；

作為優選，每個數據塊大小不超過cache的容量，每個數據塊對應的圖象區域為正方形，尺寸應該為2的冪次方。

(2)根據瀏覽者的指定，將緩存池內的對應的數據塊以圖象形式進行顯示，所顯示的圖象區域即為當前瀏覽區域，當瀏覽者選擇當前瀏覽區域相鄰的圖象區域進行瀏覽時，緩存池內的圖象數據按如下方法讀取和更新：

a)設定位移閾值，若更新后的當前瀏覽區域在大圖像中沿同一方向連續移動的位移絕對值未達到位移閾值時，緩存池內的圖象數據不做更新；

b)當更新后的當前瀏覽區域在大圖像中沿同一方向連續移動的位移絕對值達到位移閾值時，僅將更新后的當前瀏覽區域的在所述的同一方向側的鄰近范圍的圖象數據作為下次更新可能瀏覽的數據讀入緩存池；

將下次更新可能瀏覽的數據讀入緩存池時，將與當前瀏覽區域在所述的同一方向側相隔預定步長的圖象區域中的圖象數據淘汰；

所述的鄰近范圍的圖象數據是指當前瀏覽區域同一方向側正向及兩個斜向的共三部分圖象數據，而每部分的圖象數據包含一個數據塊的圖象數據或是包含連續的多個數據塊的圖象數據；

c)當瀏覽方向發生改變時，僅將改變瀏覽方向后的當前瀏覽區域在改變后方向上直接相鄰的正向及兩個斜向共三個圖像區域的圖像數據作為下次更新可能瀏覽的數據讀入緩存池；

所述的步驟(1)、步驟(2)中，在顯示當前瀏覽區域的圖像數據以及向緩存池內讀取圖象數據時通過設立并行工作管道，利用CPU多核技術使多個線程并行地處理；利用一個線程來顯示當前瀏覽區域的圖像數據，利用其余的線程向緩存池內讀取圖象數據。

以下結合各步驟詳細說明本發明方法：

步驟(1)中：