DSP环境下JPEG2000中嵌入式块编码模块的加固与优化

摘要

在航天侦测领域，随着图像处理技术的进步和应用需求的发展，海量的探测数据和有限的空地数传带宽之间的矛盾亟待解决。高性能数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)的出现使得高速在轨图像压缩成为可能，依靠多个功能部件并发执行指令和软件流水排布技术，高性能DSP显著提升了程序代码尤其是其中循环代码的执行效率。但是由于其编译器在进行软件流水线排布时对程序结构有着诸多严苛的限制，且在运用于宇宙空间中时存在由高能粒子射线引起的可靠性问题，高性能DSP在航天侦测领域中的应用仍然受到制约。为促进解决航天侦测领域的空地数据传输瓶颈，本文基于高性能 DSP平台，研究图像压缩算法JPEG2000的嵌入式块编码（Embeded Block Coding,EBC）模块的优化实现方法，并研究有效的软件容错技术对其进行加固以解决可靠性问题，具有重要的理论意义和应用价值。
　　本文的主要工作归纳如下：
　　1.针对EBC模块算法复杂，不利于在DSP上实现的问题，本文提出了EBC模块在DSP环境下的优化实现方案。分别针对EBC模块的两个主要过程——位平面扫描过程和MQ编码器编码过程在DSP环境下实现的难点提出了解决方法。通过使用循环合并、符号编码和通道准入参数提前计算、MQ编码后移、消除上下文及通过两级流水实现MQ编码器等技术，使EBC模块在DSP环境下的性能大幅提升。
　　2.提出了基于幂等性的循环软加固技术（Idempotence Based Soft Reinforcement for Cycling,IBSRC）。对程序中的循环进行加固是基于DSP的软件容错的难点问题，能否在保证软件流水排布效果的情况下对循环进行有效保护决定了DSP软件容错的成败。IBSRC基于循环的幂等性，对循环进行分类，对不同类型的循环采用不同的检测与恢复方法，并提出了软件流水破坏指令顺序影响加固效果问题的解决方法，在不影响软件流水排布的情况下，达到对循环进行保护的目的。
　　3.提出了EBC模块的软加固方案。该方案根据EBC模块的特点，结合使用SIMPBC、CFCBD、SWIFT以及IBSRC等方法，在不造成过大额外性能开销的情况下，对EBC模块的内存、数据流、控制流进行了有效保护。
　　4.分别采用硬件仿真和高能粒子辐照实验的方式对本文提出的优化与加固技术的性能与有效性进行了验证。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.3 本文主要工作

1.3 论文结构

第二章 技术背景

2.1 JPEG2000概述

2.2 TMS320C6000系列DSP简介

2.3 软件容错技术

2.4 本章小结

第三章 基于DSP的EBC模块的优化实现

3.1线性汇编的通用优化技术

3.2 EBC模块的算法原理

3.3位平面扫描过程的优化实现

3.4 MQ编码器的优化实现

3.5 本章小结

第四章 基于DSP的EBC模块的软加固技术研究

4.1 DSP软加固概述

4.2针对循环的IBSRC方法

4.3EBC模块的软加固方案

4.4本章小结

第五章 实现和验证

5.1优化与加固后的EBC模块测试

5.2高能粒子辐照实验

5.3本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果