University of Oulu

BM3D image denoising using heterogeneous computing platforms

Saved in:
Author: Sarjanoja, Sampsa1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Department of Computer Science and Engineering, Computer Science and Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.5 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201504141380
Language: English
Published: Oulu : S. Sarjanoja, 2015
Publish Date: 2015-04-20
Physical Description: 50 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Hannuksela, Jari
Reviewer: Hannuksela, Jari
Boutellier, Jani
Description:

Abstract

Noise reduction is one of the most fundamental digital image processing problems, and is often designed to be solved at an early stage of the image processing path. Noise appears on the images in many different ways, and it is inevitable. In general, various image processing algorithms perform better if their input is as error-free as possible. In order to keep the processing delays small in different computing platforms, it is important that the noise reduction is performed swiftly.

The recent progress in the entertainment industry has led to major improvements in the computing capabilities of graphics cards. Today, graphics circuits consist of several hundreds or even thousands of computing units. Using these computing units for general-purpose computation is possible with OpenCL and CUDA programming interfaces. In applications where the processed data is relatively independent, using parallel computing units may increase the performance significantly. Graphics chips enabled with general-purpose computation capabilities are becoming more common also in mobile devices. In addition, photography has never been as popular as it is nowadays by using mobile devices.

This thesis aims to implement the calculation of the state-of-the-art technology used in noise reduction, block-matching and three-dimensional filtering (BM3D), to be executed in heterogeneous computing environments. This study evaluates the performance of the presented implementations by making comparisons with existing implementations. The presented implementations achieve significant benefits from the use of parallel computing devices. At the same time the comparisons illustrate general problems in the utilization of using massively parallel processing for the calculation of complex imaging algorithms.

see all

Tiivistelmä

Kohinanpoisto on yksi keskeisimmistä digitaaliseen kuvankäsittelyyn liittyvistä ongelmista, joka useimmiten pyritään ratkaisemaan jo signaalinkäsittelyvuon varhaisessa vaiheessa. Kohinaa ilmestyy kuviin monella eri tavalla ja sen esiintyminen on väistämätöntä. Useat kuvankäsittelyalgoritmit toimivat paremmin, jos niiden syöte on valmiiksi mahdollisimman virheetöntä käsiteltäväksi. Jotta kuvankäsittelyviiveet pysyisivät pieninä eri laskenta-alustoilla, on tärkeää että myös kohinanpoisto suoritetaan nopeasti.

Viihdeteollisuuden kehityksen myötä näytönohjaimien laskentateho on moninkertaistunut. Nykyisin näytönohjainpiirit koostuvat useista sadoista tai jopa tuhansista laskentayksiköistä. Näiden laskentayksiköiden käyttäminen yleiskäyttöiseen laskentaan on mahdollista OpenCL- ja CUDA-ohjelmointirajapinnoilla. Rinnakkaislaskenta usealla laskentayksiköllä mahdollistaa suuria suorituskyvyn parannuksia käyttökohteissa, joissa käsiteltävä tieto on toisistaan riippumatonta tai löyhästi riippuvaista. Näytönohjainpiirien käyttö yleisessä laskennassa on yleistymässä myös mobiililaitteissa. Lisäksi valokuvaaminen on nykypäivänä suosituinta juuri mobiililaitteilla.

Tämä diplomityö pyrkii selvittämään viimeisimmän kohinanpoistoon käytettävän tekniikan, lohkonsovitus ja kolmiulotteinen suodatus (block-matching and three-dimensional filtering, BM3D), laskennan toteuttamista heterogeenisissä laskentaympäristöissä. Työssä arvioidaan esiteltyjen toteutusten suorituskykyä tekemällä vertailuja jo olemassa oleviin toteutuksiin. Esitellyt toteutukset saavuttavat merkittäviä hyötyjä rinnakkaislaskennan käyttämisestä. Samalla vertailuissa havainnollistetaan yleisiä ongelmakohtia näytönohjainlaskennan hyödyntämisessä monimutkaisten kuvankäsittelyalgoritmien laskentaan.

see all

Subjects:
Copyright information: © Sampsa Sarjanoja, 2015. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.