[发明专利]基于多进程和多线程的并行图像解压缩系统

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及图像解压缩，特别是一种涉及多进程和多线程的并行图像解压缩系统，可用于深空通信中对空间图像的解压缩。

背景技术

随着空间图像数据业务的快速发展，地面图像解压缩技术面临着任务量快速增加的难题。为了解决这个难题，需要一种高效的并行图像解压缩系统，高可靠性高速高吞吐率地完成大量图像解压缩任务，其中经常涉及多进程和多线程的并行处理方式。

完成大量图像解压缩任务可以有多进程和多线程以及复合多进程与多线三种方式。无论使用何种方式，进程和线程都不是越多越好，两种方式都存在一个临界点，超过这个临界点，都会因为频繁的进程或线程状态切换而造成程序性能下降。使用多进程方式在到达临界点之后再增加进程就会引起性能的下降，而且下降速度比单进程多线程方式到达临界点之后的下降速度快，这是因为进程切换比线程切换更费时。

大任务量的并行图像解压缩系统中，经常会遇到进程间需要通信的问题。常见的多进程间通信方法有：共享内存方式、匿名管道、命名管道和发送消息等几种方法来直接完成，另外还可以通过Sockets口、配置文件、注册表等来间接实现进程间数据通讯任务。以上这几种方法各有优缺点，具体到进程间进行大数据量的快速交换问题上，上述方法中共享内存方法对于多个进程间通信支持最好，而且具有比较好的安全性和可靠性。

共享内存是一种自由的进程通讯机制，所有的进程都可以访问共享内存，当多个进程同时访问同一个共享内存时，由于没有限制机制，存在共享内存资源的竞争；同时操作同一个共享内存时，可能出现数据错误，导致图像解压缩异常。例如两个进程同时写数据，或者一个进程写完数据，另外一个进程还没有读完数据，其他进程又开始写数据，导致读写冲突，使得读写数据错误。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于多进程和多线程的并行图像解压缩系统，以减少共享内存资源的竞争和冲突。

为实现上述目的，本发明包括：

图像前端处理模块，用于创建解压缩进程和解压缩线程，创建共享内存，为空闲解压缩线程准备压缩码流，以触发解压缩线程进行解压缩，并为数据共享内存模块提供初始化；

图像解压缩模块，用于完成一次独立的解压缩，输入压缩码流，输出恢复图像给数据共享内存模块；

数据共享内存模块，为每个解压缩线程分配了独立的压缩码流区和恢复图像区，用于预先存储每个解压缩线程的待解压缩码流，并存储每个解压缩线程的恢复图像，给图像解压缩模块传输码流数据，同时存储图像解压缩模块输出的恢复图像；

图像后端处理模块，用于从数据共享内存模块中取出恢复图像；

通信共享内存模块，用于存储每个解压缩进程和解压缩线程的标识位，根据标识位，获知图像前端处理模块中的解压缩线程状态，并进行相应的操作；根据标识位判断图像后端处理模块是否进行读取恢复图像。

上述基于多进程和多线程的并行图像解压缩系统，其特征在于图像前端处理模块，包括：

解压缩进程子模块：根据图像解压缩任务量、不同进程数目对吞吐率的增益值创建多进程；

解压缩线程子模块：根据图像解压缩任务量、不同线程数目对吞吐率的增益值创建多线程；

共享内存子模块：共享内存子模块用于创建共享内存，为空闲解压缩线程准备压缩码流。

上述基于多进程和多线程的并行图像解压缩系统，其特征在于数据共享内存模块，包括：

线程分配空间子模块：用于为每个解压缩线程分配独立数据空间，并根据自己的线程号独立寻址，避免解压缩线程之间的数据冲突，去除解压缩线程的数据依赖性；

压缩码流存储子模块：用于存储每个解压缩线程的压缩码流；

恢复图像存储子模块：用于存储每个解压缩线程的恢复图像。

上述基于多进程和多线程的并行图像解压缩系统，其特征在于通信共享内存模块，包括：

解压缩进程标识子模块：用于为所有解压缩进程分配独立的标识位区域；

解压缩线程标识子模块：用于为所有解压缩线程分配标识位区域，并根据线程号寻址到每个线程的标识位区域，获取解压缩线程的所有状态；

线程恢复图像区标识子模块：用于判断解压缩线程的恢复图像区是否有解压缩数据。