Algorithmes de la morphologie mathématique pour - Pastel - HAL

Algorithmes de la morphologie mathématique pour les architectures orientées fluxJaromír BRAMBORLes architectures de ce type sont particulièrement intéressantes pour le domaine du traitement d’imageset des signaux. La télévision et le traitement de la vidéo sont de très bons exemples des applications où leflux de données est traité par les architectures stream. Nous pouvons mentionner aussi les capteurs CCDou CMOS présents dans les équipement digitaux tels que les caméras ou les appareils photographiquesqui ont à leur sortie un flux linéaire des données. Ces données, une fois stockées comme des images 2Ddans la mémoire, ne présentent plus la nature d’un flux vidéo. Cette nature revient lors d’un traitementde ces données sur les processeurs séquentiels où un procédé très fréquemment utilisé est constitué de latransformation de ces données en un flux suivie par l’application d’un algorithme sur ce flux. Notons quece flux peut être constitué des pixels mais également des unités plus grandes comme des lignes entièresou les macro blocs. Comme exemple nous pouvons citer une architecture reconfigurable Cheops BW95 ,conçue pour le traitement des données vidéo dans les caméras et les télévisions HDTV.Le phénomène de traitement sur les flux est présent également dans les traitements morphologiques,nous pouvons citer comme exemples une architecture électronique dédiée aux algorithmes de segmentationLem96 ou une étude des architectures spécifiques pour la morphologie Sas02 ou même une réalisationantécédente (1983/84) d’un logiciel de morphologie mathématique pour le calculateur PROPAL2 BM83, Beu84 , spécialisé pour le traitement en parallèle avec les capacités SIMD.Plus récemment, l’équipe commune des laboratoires des université de Stanford et de Rice a présentéplusieurs publications portant sur l’architecture d’un processeur stream nommé Imagine 1 qu’ils ont développée.Ce processeur était doté de 8 clusteurs de traitement général et avec 6 ALUs par clusteur :il possédait 48 ALUs au total. Ce processeur était réalisé sur une seule puce pour pouvoir exploiter aumaximum la localité des données stockées dans les registres temporaires présents sur la puce.Bien que ces architectures soient spécifiques et même très intéressantes pour les applications denos algorithmes et bien que nos algorithmes s’adressent aussi à elles, ces architectures ne constituerontpas notre intérêt principal et nous ne les mentionnons ici que pour donner une vue globale et complètesur la problématique. Car, comme nous l’avons souligné dans le chapitre Motivation, page 19, nousnous intéressons en particulier aux architectures plus générales grand public avec les fonctionnalitésmultimédia et aux processeurs graphiques.3.4.3 Architecture de von Neumann et ses successeurs utilisés pour le calcul stream3.4.3.1 Architecture de von NeumannLes machines du calcul que nous connaissons aujourd’hui en tant que GPP sont basées sur l’architecturede von Neumann qui se caractérise par un bloc d’unité centrale (CPU) qui assure le calcul, par unbloc de mémoire commune pour les données et pour les instructions et par un bus qui relie ces deux blocsensemble. La figure 3.13 présente la structure de l’architecture du type von Neumann avec la mémoirecache présente dans le CPU.CPUALURegistresUnité de contrôleMémoire(s)cacheBUSMEMMémoireprincipaleFIG. 3.13 : Schéma de l’architecture von Neumann avec une mémoire cache incorporée dans l’unité centrale,CPU - bloc d’unité centrale, MEM - bloc de la mémoire, BUS - bus assurant la liaison de l’unité centrale à lamémoireIl faut mentionner intensément que l’architecture de von Neumann n’est pas une architecture parallèle.Elle était conçue pour l’exécution d’un code séquentiel et dans sa version d’origine, elle n’est pasdu tout adaptée à un calcul sur les streams. Notons que le code parallèle est exécuté en séquence sur1Imagine Stream Processor ORK+ 02, KDK + 01, KDR + 02, KRD + 03 , implémenté physiquement en silicium sur la puce dont la surfaceétait 2,6 cm 2 46