Návrh a implementace aritmetického kodéru pro platformu CUDA

Bc. Vít Rusňák, Ph.D.

Master's thesis

Design and implementation of arithmetic coder for CUDA platform

Anotácia:

JPEG2000 je jeden z posledních ISO/IEC standardů pro kódování obrázků. Byl navržen tak, aby vyhověl vysokým nárokům na zpracování obrazu jež vyvstaly v posledních několika letech. Tato práce je zaměřena na část standardu, provádějící kompresi -- Embedded Block Coding Algorithm with Optimized Truncation (EBCOT) Tier-1. Výpočetně náročný proces kodéru je úzkým místem celého procesu kódování dle standardu JPEG2000. Původní algoritmus kodéru velmi závisí na datech zakódovaných v předchozím kroku, což vede k celkové serializaci zpracování obrazu. Tato práce popisuje návrh paralelního algoritmu EBCOT Tier-1 implementovaného na GPGPU (General Purpose GPU). Stručný popis standardu JPEG2000 je následován detailním popisem obou částí Tier-1 -- bit-plane kodéru a aritmetického kodéru. Následuje stručné seznámení s CUDA (paralelní architektura společnosti NVIDIA, jež byla zvolena pro implementaci) včetně významných vlastností a omezení. Ve druhé části práce je představen návrh nového paralelního algoritmu, jež je vhodný pro grafické akcelerátory podporující CUDA. Dále jsou diskutovány implementační detaily a výsledky testů srovnávajících implementaci s již existujícími CPU i GPU kodeky JPEG2000 standardu.

Abstract:

JPEG2000 is one of the latest ISO/IEC standards for image coding. It was designed to fulfil high demands on image processing that have arisen in last few years. This thesis is focused on the entropy encoding part of the standard. The computation-demanding process of the entropy encoding is the bottleneck of JPEG2000 processing chain. The original algorithm highly depends on previously coded data that leads to the overall serialization of the coding process. This work describes a parallel implementation of the entropy encoder implemented on GPGPU (General Purpose Graphic Processing Units). JPEG2000 standard is described briefly and both parts of entropy encoding --- the Bit-plane Coder and Arithmetic Coder --- are covered in details in the first part of the thesis. NVIDIA's Compute Unified Device Architecture (CUDA) (the parallel architecture selected for the implementation) is also covered with its main features and limitations. The concept of our new parallel approach suitable for CUDA capable graphic accelerators is described in the second part of the thesis. The experimental results of the implementation including comparison with some existing CPU and GPU implementations are also discussed in the text.

Keywords

JPEG2000 standard, Embedded Block Coding with Optimized Truncation, EBCOT, Fractional Bit-Plane Coder, Arithmetic Encoder, MQ-Coder, Tier-1, CUDA, GPU, Digital Image Processing

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 31. 5. 2010

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 30. 6. 2010
• Vedúci: RNDr. Jiří Matela, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Lukáš Hejtmánek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / odbor:
Informatics / Computer Systems