JPEG2000小波提升在DSP上的緩存管理

JPEG2000小波提升在DSP上的緩存管理
武漢大學(xué)電子信息學(xué)院(430079) 辛慶勛 金偉正 顧益芳
 
　　摘　要：提出一種采用高效的內(nèi)存管理實(shí)現(xiàn)的基于塊的小波提升方案。該方法通過減少緩存失敗增強(qiáng)緩存性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法比現(xiàn)有的快速方法要快兩倍多
　　關(guān)鍵詞：內(nèi)存管理 小波提升 緩存失敗

　　JPEG2000壓縮標(biāo)準(zhǔn)與JPEG相比有更高的壓縮效率,盡管如此,它在執(zhí)行時(shí)間上還存在一些問題。為縮短執(zhí)行時(shí)間,必須對小波變換編碼進(jìn)行優(yōu)化。小波提升方案與傳統(tǒng)的卷積濾波相比需要更小的內(nèi)存和計(jì)算量?？墒?提升方案在執(zhí)行垂直小波濾波時(shí)仍存在嚴(yán)重的緩存失敗問題。
　　Meerwald 曾經(jīng)提出過行擴(kuò)展和聚合的方法,Chatterjee 和 Brooks也提出了條采集和遞歸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)來改善提升方案的緩存處理。盡管這些方法可以降低緩存失敗率,卻不能完全消除緩存失敗問題。緩存失敗問題在一個(gè)內(nèi)存有限的嵌入式系統(tǒng)中變得較為突出,尤其是在DSP中更為嚴(yán)重。為解決這一問題,筆者提出了一種新的方法與DSP相匹配。
1 主要方法
　　圖1是該方法的內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖。它由一個(gè)有兩個(gè)64字節(jié)塊聯(lián)合的16KB數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器L1、直接映射到SRAM上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器L2、直接映射到DRAM上的外部存儲(chǔ)器和一個(gè)DMA控制器組成。

圖1 提升算法的輸入圖像內(nèi)存處理圖

　　通常,為執(zhí)行提升方案,圖像的行先在水平方向?yàn)V波,然后經(jīng)水平濾波的圖像再進(jìn)行垂直濾波。提出的新方法采用一個(gè)改進(jìn)的按塊執(zhí)行的提升方案,塊大小與L1緩存中的塊大小相同。圖1描述了該方法。在小波提升變換開始前,在輸入圖像內(nèi)存中塊1的數(shù)據(jù)已通過DMA傳輸?shù)絃2,然后L2中塊1的第一行被取到L1緩存中在水平方向提升。以相同方式對塊1下面的行進(jìn)行處理。注意在塊1的最后一行濾波后,L1緩存中包含輸入圖像內(nèi)存中塊1的數(shù)據(jù);其次,塊1的垂直方向的濾波在L1緩存中完成。這樣,垂直提升就不需要取數(shù)據(jù),因?yàn)長1緩存包含塊1的數(shù)據(jù)。因此,塊1在水平和垂直方向的濾波只在CPU需要下一水平行時(shí)才可能有緩存失敗。這就是筆者提出的方法有顯著性能的原因所在。
　　塊1完全濾波后,塊2被取到L1緩存的1路中;然后,塊2的濾波完成后,塊3被從L2取到L1的0路中。同時(shí),0路中濾波過的塊1 一行一行移到L2。圖2描述了濾波過的塊1的移動(dòng),每個(gè)子帶分別稱為LL、 LH、HL和HH,已經(jīng)由小波提升算法形成。每個(gè)子帶中的數(shù)據(jù)從L2通過DMA傳送到輸出圖像內(nèi)存中的恰當(dāng)位置。
　　L2與外部存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳遞是獨(dú)立于L1與L2間的數(shù)據(jù)傳遞進(jìn)行的。這意味著通過DMA的塊復(fù)制不影響CPU的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,通過小波提升序列的重新排序和控制DMA,在沒有額外CPU負(fù)載的情況下增大了緩存成功率。
　　該方法完全去除了緩存失敗的問題, 但還存在一個(gè)問題,因?yàn)樾〔V波在邊界需要一些鄰近塊的系數(shù)才能獲得正確的濾波結(jié)果。而這一方法中,垂直提升處理與這一問題不相關(guān),因?yàn)榇怪钡膬蓚€(gè)鄰近塊總是同時(shí)裝載于L1緩存中。但對于水平提升處理,筆者用下面的方法來解決:區(qū)1和區(qū)3都取到濾波器區(qū)域1,如圖3所示。對于濾波器區(qū)2,區(qū)2和區(qū)3都是必需的。然而,當(dāng)達(dá)到改進(jìn)性能時(shí),重疊處理的開銷是可忽略的。

圖2 提升算法的輸出圖像內(nèi)存處理圖

圖3 重疊塊結(jié)構(gòu)

2 仿真結(jié)果
　　為檢驗(yàn)所提出方法的效率,在TMS320C6416 DSP上用Jasper1.700.2版進(jìn)行了仿真。所有數(shù)據(jù)都對灰度圖像的第一級(jí)分解并且所有圖像的寬度2倍放大。
　　表1顯示了用本文方法產(chǎn)生的緩存失敗數(shù)目。其中,在水平濾波上產(chǎn)生的緩存失敗是由塊重疊引起的。然而,在垂直濾波中,算法完全去除了緩存失敗,因此,算法減少了98%的緩存失敗率。

圖像尺寸	提升方向	緩存失敗數(shù)
		本文方法	其它方法
256 關(guān)鍵詞： 緩存失敗 內(nèi)存管理 小波提升 評(píng)論 我來說兩句…… 驗(yàn)證碼： 相關(guān)推薦 記錄儀實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度策略的研究 嵌入式系統(tǒng) 多任務(wù)調(diào)度策略 消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制 內(nèi)存管理 | 2013-10-24 單片機(jī)如何進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理？ 白嶺 | 2021-11-03 圖解CPU的內(nèi)存管理——徹底講透分段與分頁 CPU 內(nèi)存管理 | 2020-07-20 Linux系統(tǒng)引導(dǎo)部分保護(hù)模式研究與分析 嵌入式系統(tǒng) 系統(tǒng)引導(dǎo) 內(nèi)存管理 Linux | 2011-10-27 iOS目前版本的內(nèi)存管理差異有哪些呢？ 嵌入式系統(tǒng) ios 內(nèi)存管理 | 2016-10-29 uClinux 應(yīng)用技術(shù)文集 資源下載 Lineo uClinux 嵌入式系統(tǒng) Romfs文件系統(tǒng) 內(nèi)存管理 | 2007-02-09 Symbian與WinCE內(nèi)存管理技術(shù)分析及比較 嵌入式系統(tǒng) 內(nèi)存管理 MMU 地址映射 | 2010-07-19 STM32學(xué)習(xí)――內(nèi)存管理 嵌入式系統(tǒng) STM32 內(nèi)存管理 | 2018-07-24 Linux與Windows NT在內(nèi)存管理上的差別 嵌入式系統(tǒng) Linux Windows NT 內(nèi)存管理 | 2016-09-12 uClinux2.6入門 資源下載 Lineo uClinux 嵌入式系統(tǒng) Romfs文件系統(tǒng) 內(nèi)存管理 | 2007-02-09 Android系統(tǒng)的內(nèi)存管理研究 設(shè)計(jì)方案 Android 內(nèi)存管理 | 2015-06-24 高質(zhì)量c++編程指南 資源下載 C++/C 文件結(jié)構(gòu) 程序版式 命名規(guī)則 表達(dá)式 基本語句 常量 函數(shù)設(shè)計(jì) 內(nèi)存管理 高級(jí)特性 類 | 2008-07-10 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用探討 嵌入式系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 分區(qū) 內(nèi)存管理 | 2010-06-21 linux內(nèi)存管理理解 嵌入式系統(tǒng) Linux 內(nèi)存管理 | 2016-09-12 LINUX0.11下的內(nèi)存管理 資源下載 LINUX0.11 內(nèi)存管理 | 2007-03-20 LwIP內(nèi)存管理分析 嵌入式系統(tǒng) TCP/IP pbuf 內(nèi)存管理 | 2012-07-25 linux內(nèi)存 資源下載 Linux 嵌入式 內(nèi)存管理 | 2008-03-17 上一篇：NAT-PT過渡策略中地址欺騙技術(shù)的研究 下一篇：高級(jí)電視中的靈巧集成技術(shù) 技術(shù)專區(qū) FPGA DSP MCU 示波器 步進(jìn)電機(jī) Zigbee LabVIEW Arduino RFID NFC STM32 Protel GPS MSP430 Multisim 濾波器 CAN總線 開關(guān)電源 單片機(jī) PCB USB ARM CPLD 連接器 MEMS CMOS MIPS EMC EDA ROM 陀螺儀 VHDL 比較器 Verilog 穩(wěn)壓電源 RAM AVR 傳感器 可控硅 IGBT 嵌入式開發(fā) 逆變器 Quartus RS-232 Cyclone 電位器 電機(jī)控制 藍(lán)牙 PLC PWM 汽車電子 轉(zhuǎn)換器 電源管理 信號(hào)放大器 關(guān)閉