離散Gabor變換與展開快速并行算法分析與實(shí)現(xiàn).pdf

1、Gabor展開與變換是信號(hào)處理領(lǐng)域里常用的理論工具，其計(jì)算效率一直是其實(shí)時(shí)應(yīng)用中需要研究解決的問(wèn)題。以前的快速算法研究大部分基于串行運(yùn)算，計(jì)算效率有限。近年提出的并行化算法又都局限于理論分析，并沒有正真地在并行環(huán)境下進(jìn)行分析和實(shí)現(xiàn)，因而有許多在實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問(wèn)題需要解決。本文將在并行計(jì)算環(huán)境下對(duì)現(xiàn)有的兩種Gabor變換快速并行算法進(jìn)行分析與實(shí)現(xiàn)，并提出了改進(jìn)和優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方法，提高了其實(shí)現(xiàn)效率。
　　現(xiàn)有的Gabor變換快速并行算

2、法主要有基于并行格的塊時(shí)間遞歸算法和基于多抽樣率濾波快速并行算法兩種。前一種算法由于其遞歸結(jié)構(gòu)和進(jìn)程間通信與同步，在并行實(shí)現(xiàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的通信耗時(shí)，極大的影響了其實(shí)現(xiàn)效率。本文提出了一種改進(jìn)的實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)將原算法的遞歸部分展開為迭代形式，使得進(jìn)程間的通信和同步操作轉(zhuǎn)化成進(jìn)程內(nèi)的串行計(jì)算，使得用于計(jì)算的公式組彼此間完全獨(dú)立，不需要進(jìn)行進(jìn)程間通信和同步就可以完成計(jì)算，極大的提高了運(yùn)行效率。
　　基于多抽樣率濾波快速并行算法相比于第一

3、種并行算法具有更高的并行度和單通道計(jì)算效率。但在并行計(jì)算環(huán)境下實(shí)現(xiàn)時(shí)也有一定的時(shí)間開銷耗費(fèi)在通信操作上，本文對(duì)實(shí)現(xiàn)方法中的通信操作進(jìn)行了優(yōu)化處理。使用純MPI模型實(shí)現(xiàn)時(shí)，提出了使用子通信組劃分的方法，使得全局的MPI聚合通信分為較小進(jìn)程組的局部通信，降低了聚合通信耗費(fèi)的時(shí)間開銷，子通信組的大小選取基于具體計(jì)算機(jī)硬件的測(cè)試結(jié)果。當(dāng)在多核架構(gòu)的并行集群機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)，將MPI+OpenMP混合模型應(yīng)用到聚合通信操作上，并將通信劃分為粗細(xì)粒度的兩

4、級(jí)層次結(jié)構(gòu)。第一級(jí)層次里，在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部使用共享內(nèi)存的OpenMP模型來(lái)處理通信;在第二級(jí)層次里，即在節(jié)點(diǎn)之間采用MPI模型來(lái)處理節(jié)點(diǎn)間通信，這種方法不僅提高了通信效率，且更具一般性能推廣應(yīng)用到不同硬件體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器上。
　　論文中研究的實(shí)現(xiàn)方式通過(guò)核函數(shù)的變更，能方便的推廣到基于離散余弦變換核、離散正弦變換核以及離散哈特萊變換核的實(shí)值離散Gabor變換與展開的計(jì)算上。并可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用到到多窗Gabor或?qū)嵵礕abor的變換與展開