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面向高速列车监测数据的并行解压缩算法

计算机应用 2021年第9期41卷 2586-2593页

作者：王周恺张炯马维纲王怀军西安理工大学计算机科学与工程学院西安710048

高速列车在运行时产生的实时监测数据通常用变长编码压缩技术进行处理,以便于传输和存储。然而这种方法会使得压缩数据内部结构复杂,导致相应的数据解压缩过程只能遵照压缩数据的组成顺序进行,效率较低。为提升高速列车监测数据的解压... 详细信息

高速列车在运行时产生的实时监测数据通常用变长编码压缩技术进行处理,以便于传输和存储。然而这种方法会使得压缩数据内部结构复杂,导致相应的数据解压缩过程只能遵照压缩数据的组成顺序进行,效率较低。为提升高速列车监测数据的解压缩效率,借助推测技术,提出一种面向高速列车监测数据的并行解压缩算法。首先,研究高速列车监测数据的结构特征,分析影响数据划分的内部依赖;其次,利用推测技术消解内部依赖后,对数据进行试探性划分;然后在分布式计算环境中对划分结果并行地进行解压;最后将并行解压缩结果合并起来,从而提高针对高速列车监测数据的解压缩效率。实验结果表明,在由7个计算节点组成的计算集群上,与串行算法相比,所提推测并行算法的加速比为3左右,展现了该算法良好的性能,可见该算法能够显著提高针对列车监测数据的解压缩效率。

关键词：高速列车变长编码解压缩推测并行分布式计算并行化

基于MapReduce的地震波形数据并行解压缩算法研究

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震灾防御技术 2015年第2期10卷 344-352页

作者：刘凡鸣郭瑞强李永庆边鹏飞河北师范大学数学与信息科学学院石家庄050024 河北省地震局石家庄050021

近年来各省级地震台网SEED文件数据量急增。在数据处理过程中,利用原有的串行解压缩算法批量解压缩地震波形数据时存在操作繁琐、耗时较长的问题。本文引入了MapReduce并行编程模型,根据该编程模型思想结合原有串行解压缩算法,提出了一... 详细信息

近年来各省级地震台网SEED文件数据量急增。在数据处理过程中,利用原有的串行解压缩算法批量解压缩地震波形数据时存在操作繁琐、耗时较长的问题。本文引入了MapReduce并行编程模型,根据该编程模型思想结合原有串行解压缩算法,提出了一种并行解压缩地震波形数据的算法,并给出了算法的设计与实现。本文从正确性、运行效率以及可扩展性三个方面进行了对比实验,验证了使用并行算法解压缩数据的效率较高,并且能够一次实现批量地震波形数据的解压缩,且操作简单。

关键词：地震波形数据解压缩并行

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基于小波逆变换DEM解压缩

测绘科学 2008年第S2期33卷 64-65,60页

作者：张耀波张迁姚明杨友长马卫春侯恩兵安徽省基础测绘信息中心合肥230031

本文分析了经过压缩后的DEM的数据结构,提出了采用小波变换的逆变换进行解压缩,并对压缩结果进行评价,找出最佳的压缩比的方法。

关键词：小波逆变换 DEM 解压缩

从低速存储器到高速FPGA配置的位流解压缩

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科学技术与工程 2013年第24期21卷 7255-7261页

作者：包朝伟刘仕东王佩宁深圳市国微电子有限公司深圳518057 中兴通讯股份有限公司微电子研究院深圳518005

如果配置FPGA的位流很大,存储位流的存储器就会需要更大的空间,同时配置时间也会很长。为了节约存储空间和提高配置速度,提出了一种解决途径,即在存储芯片(比如Flash存储器)内嵌一个解压缩结构。为了实现这个目标,讨论了两种压缩算法:PD... 详细信息

如果配置FPGA的位流很大,存储位流的存储器就会需要更大的空间,同时配置时间也会很长。为了节约存储空间和提高配置速度,提出了一种解决途径,即在存储芯片(比如Flash存储器)内嵌一个解压缩结构。为了实现这个目标,讨论了两种压缩算法:PDLZW和LZSS。通过对这两种算法的改进,使其适合设计的要求:好的压缩比,解压缩器消耗硬件资源少和有较好的数据吞吐率。实验表明,提出的压缩和解压缩算法,不仅可以减少近30%的存储空间,还能提高将近一倍的数据输出速率。

关键词： FPGA PDLZW算法 LZSS算法压缩解压缩数据吞吐率

基于Avalon总线的图像解压缩IP核设计

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电子技术应用 2011年第7期37卷 144-147,150页

作者：何伟王艳张玲邬丽娜重庆大学通信工程学院重庆400044

介绍了基于Avalon总线的静态图像压缩标准JPEG基本模式解码器软IP核的设计和实现。IP核采用流水线和模块化的设计方法,分别设计各个模块完成其独立的功能,然后将这些模块组成一个顶层模块,采用Avalon总线接口,利用SOPC Builder工具将IP... 详细信息

介绍了基于Avalon总线的静态图像压缩标准JPEG基本模式解码器软IP核的设计和实现。IP核采用流水线和模块化的设计方法,分别设计各个模块完成其独立的功能,然后将这些模块组成一个顶层模块,采用Avalon总线接口,利用SOPC Builder工具将IP核集成到系统中。该IP核极大地提高了解码速度,具有可移植性,可以方便地集成到手机、数码相机等数字产品中。

关键词： JPEG 解压缩 IP Avalon

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同态加密域FLAC音频数据解压缩技术研究

同态加密域FLAC音频数据解压缩技术研究

作者：汤媛媛华中科技大学

学位级别：硕士

支持密文计算的同态加密算法是云上多媒体数据处理过程中保护隐私的有效手段。云上多媒体数据一般是压缩格式存放,因此云端在处理时需先对其进行解压缩。同态加密域FLAC(Free Lossless Audio Codec)音频数据解压缩技术研究提出了在未解... 详细信息

支持密文计算的同态加密算法是云上多媒体数据处理过程中保护隐私的有效手段。云上多媒体数据一般是压缩格式存放,因此云端在处理时需先对其进行解压缩。同态加密域FLAC(Free Lossless Audio Codec)音频数据解压缩技术研究提出了在未解密情况下对加密的FLAC音频进行解压缩的方案。对同态域FLAC音频进行解压缩是一个巨大的挑战,挑战在于其解压缩过程需根据中间变量取值来控制程序分支,而在同态域中无法比较加密的中间变量,同态密文不支持分支程序。为了应对上述挑战,通过计算密文匹配比特,将FLAC音频原始解码过程中的动态分支程序转化为同态密文所支持的静态顺序程序,对解压缩过程进行改写。对中间变量的每个分支计算相应的加密匹配比特并产生相应的结果,该比特表示该分支是否被匹配,所有分支中仅有一个是匹配分支,可通过密文匹配比特控制得到最终分支程序结果。计算每个分支产生的结果乘以对应的加密匹配比特并累加,累加产生的结果等同于选择匹配控制值的结果。同时将FLAC音频解压缩过程同态密文不支持的除法和取整运算等同转换为其支持的移位和加法运算。在实现过程中,对同态密文下FLAC音频解压缩方案应用的优化方法有多线程并行、批量降噪和单指令多数据(Single-Instruction Multiple-Data,SIMD)技术,并提出多密文连续乘优化技术。SIMD技术指将多个明文打包加密成单个密文,因此解码一个密文帧对应于解码多个明文帧。实验结果验证了同态加密域FLAC音频数据解压缩方案的正确性,优化方法提高了解压缩效率,其中SIMD技术将解压缩效率提高256倍,批量降噪将降噪效率提高16倍。同态加密域FLAC音频数据解压缩方案也适用于其他类似编码技术的音频压缩标准,如SILK,Apple Lossless和MPEG-4 ALS等。

关键词： FLAC 音频解压缩同态加密隐私保护处理

基于JPEG2000的遥感图像解压缩并行算法设计

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基于JPEG2000的遥感图像解压缩并行算法设计

作者：雷鸣湖南大学

学位级别：硕士

随着科技的不断进步，遥感图像在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色，如在地质勘探、城市规划、工程建设、军事侦查、灾害预报、环境监测等应用中，遥感图像可以提供大量有用的信息，以供研究人员进行参考和分析。据有关部门统计，... 详细信息

随着科技的不断进步，遥感图像在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色，如在地质勘探、城市规划、工程建设、军事侦查、灾害预报、环境监测等应用中，遥感图像可以提供大量有用的信息，以供研究人员进行参考和分析。据有关部门统计，遥感图像在将近三十个行业领域中发挥着极其重要的作用。随着遥感图像数据量的不断增加，如何快速、准确地实现对遥感图像的实时恢复处理变得更加重要。从处理设备的速度和稳定性出发，本文结合工程实例，利用刀片服务器搭建了一种遥感图像数据并行处理的硬件平台，使用MPI+OpenMP的混合并行方式构建了计算性能优良的并行计算环境，并在此基础之上对遥感图像传输和解压缩的性能进行了研究。本文首先阐述了并行计算的基本理论，对MPI和OpenMP两种不同的并行模式进行了对比研究。针对本文遥感图像数据并行解压缩的设计特点和目的，对MPI+OpenMP混合并行模式进行了可行性分析。接着，本文对JPEG2000图像的压缩原理进行了介绍，对最为耗时的小波变换和EBCOT编码部分做了详细的分析，在此基础上，给出了解压缩并行化的基本思想和实现方法，最终给出了MPI+OpenMP混合并行算法的的具体实现。混合并行的基本思想是由MPI实现子计算节点间的并行化，由OpenMP实现各子计算节点内部的并行化，通过对任务的划分和节点内部的并行化，实现了两级并行。最后，通过试验分析了数据传输速率对解压缩的影响，对串行程序、MPI并行程序和MPI+OpenMP混合并行程序三种不同的模式进行了性能对比。试验结果表明，传输延迟对于解压缩的影响很小;当利用刀片服务器和并行模式对大数据量的遥感图像进行解压缩时，该系统具有工作稳定性好，速度快的特点，可以大大缩短解压缩时间;两种并行模式相对于串行模式，其解压速度都有了较大的提高，其中尤以MPI+OpenMP混合并行模式的效果最佳，对于遥感卫星数据的实时处理具有一定的参考价值和实用价值。

关键词： JPEG2000 并行 MPI+OpenMP 刀片服务器解压缩

基于CPU/GPU的JPEG2000遥感图像解压缩系统的设计与实现

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基于CPU/GPU的JPEG2000遥感图像解压缩系统的设计与实现

作者：程晓飞山东科技大学

学位级别：硕士

尽管JPEG2000是早已成熟的图像压缩技术和标准,但由于其计算复杂度较高,在应用中还不是很普及,目前主要应用在遥感图像的压缩领域。我国目前高分系列卫星的遥感图像大都采用了 JPEG2000的图像压缩标准,星上利用多个芯片并行压缩图像,以... 详细信息

尽管JPEG2000是早已成熟的图像压缩技术和标准,但由于其计算复杂度较高,在应用中还不是很普及,目前主要应用在遥感图像的压缩领域。我国目前高分系列卫星的遥感图像大都采用了 JPEG2000的图像压缩标准,星上利用多个芯片并行压缩图像,以达到实时压缩的目的,地面处理系统利用集群设备并行解码图像,以达到实时解压缩的目的。地面系统的庞大集群设备严重制约了遥感图像在小型应用单位和移动设施等方面的灵活应用。为此,本文基于CPU和GPU平台设计实现了 JPEG2000的遥感图像实时解压缩系统,以解决现有地面解压缩系统的小型化问题。本文主要完成了如下工作:首先,本文利用多线程技术减少地面遥感图像解压缩系统中的集群设备数量,当前的JPEG2000解码器虽然利用多核CPU进行数据处理,但采用的却是单线程顺序流的处理方式,并没有充分发挥多核CPU的性能。基于此问题,本文在多核CPU计算平台上,利用多线程技术实现遥感图像的解压缩,这种并行处理方式能够减少集群设备数量并达到实时解压缩的目的。对此,本文分析了遥感图像解压缩系统以及多核CPU计算平台的特点,并设计实现了基于CPU的轻量级的遥感图像实时解压缩系统。其次,尽管通过多核CPU能够实现多线程的并行解压缩系统,但仍然需要多台计算机才能达到实时解压缩的目的,因此轻量级的系统并非真正的小型化。基于此问题,本文在多核CPU的基础上装入GPU加速器进行解压缩处理,GPU可通过大量的主频较小的内核并行处理庞大的数据量,在一台计算机上利用体积很小的GPU便可达到实时解压缩遥感图像的目的。对此,本文分析了遥感图像系统中各个解压缩模块以及GPU计算平台的特点,并设计实现了基于GPU的小型化的遥感图像实时解压缩系统。最后,测试论文中设计实现的小型化的遥感图像解压缩系统是否满足了需求,包含解压缩正确性测试以及解压速度测试,利用最终实现的系统对压缩码流进行解压缩,验证重建后的图像是否能正确输出,同时测试解压缩速度是否不低于 220Mbps。

关键词： CPU GPU JPEG2000 解压缩并行遥感图像

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低时延图像压缩、解压缩技术研究及系统设计

低时延图像压缩、解压缩技术研究及系统设计

作者：周璨虎电子科技大学

学位级别：硕士

本文首先概述了现阶段主流的视频压缩编码规范标准及其采用的主要技术和应用目标并对各自的技术特点进行分析比较，然后根据无线传输无人机视频图像的特点，选用主流视频压缩编码规范标准进行基于仿真的性能对比试验得出一些结论。根据... 详细信息

本文首先概述了现阶段主流的视频压缩编码规范标准及其采用的主要技术和应用目标并对各自的技术特点进行分析比较，然后根据无线传输无人机视频图像的特点，选用主流视频压缩编码规范标准进行基于仿真的性能对比试验得出一些结论。根据以上结论并结合现实情况，选定三种系统方案进行了不同程度的软硬件原理试验，这三种方案是：基于DSP实现的MPEG-2系统方案、基于FPGA实现的H．263系统方案和基于M-JPEG核实现的系统方案。通过硬件原理试验得到了系统的关键指标数据，在此基础上对系统方案进行挖潜论证和深入分析对比后，结合现阶段的技术储备和水平，选定以基于DSP实现的MPEG-2系统方案作为基本方案，在此方案基础上进行优化设计、适应性改造和新技术移植以达到最终的性能指标要求。该系统应用在无人机机载的基于衡定速率无线视距链路的实时图像传输领域，图像信息进入对无人机飞行姿态进行闭环控制的回路，所以对图像的实时性要求高，对图像时延特别敏感。根据以上特点，在基本方案基础上从硬件结构、编解码帧结构、显示同步、差错控制、容错机制等多方面进行了适应性改造和优化，尤其是在编解码帧结构方面有独特改进，较MPEG-2标准有较大的改变，通过巧妙的安排帧结构达到了显著缩短时延和提高图像质量的效果。针对在无线视距链路传输存在较高误码率的情况，将MPEG-4和H．264标准中的差错控制和容错机制应用于此系统，使得系统在较高的链路误码率条件下也能获得较好的视频图像质量。在该系统设计中对系统时延提出了明确的指标要求，但以前都没有一种精确测量系统时延的方案和相应的测试系统，为此专门设计了一个能够精确测量图像压缩编解码系统通过无线视距链路传输后整体时延的方案并研制了一套完整的测试系统。最后，对本文工作进行了总结，并对低时延图像压缩、解压缩技术下一步研究提出了建议。

关键词：图像压缩解压缩 MPEG-2 实时性低时延帧结构