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Cette thèse est une contribution à la parallélisation d'algorithmes de traitement du signal. Elle justifie la nécessite du parallélisme en traitement du signal et en traitement d'images en particulier. En s'appuyant sur un exemple précis, il nous est montré que le traitement d'images est un domaine privilégié pour l'étude et la mise en oeuvre du parallélisme. En effet au travers d'un algorithme de codage d'images à bas débit, plusieurs techniques de parallélisation ont été mises au point. Les parties logicielles critiques ont été remplacées par des cartes prototypes spécialisées. C'est ainsi qu'une carte tcd (transformée en cosinus discrète) et un quantificateur vectoriel intégré ont été développé pour réaliser une machine parallèle basée sur un réseau de transputers, destinée dans un premier temps au codage d'images à bas débit. Cette machine incorpore quelques concepts architecturaux très intéressants dont plusieurs ont fait l'objet d'une demande de brevet. Inscrite dans un cadre technologique précis, le champ d'application de cette machine est plus vaste que le codage d'images (contrôle de processus industriel, détection de panne, biomédical, etc.)
NOUS DECRIVONS DANS CETTE THESE LE PROJET AXL QUI CONCERNE L'ETUDE THEORIQUE ET LA REALISATION D'UNE MACHINE PARALLELE ADAPTEE A LA SYNTHESE D'IMAGES. LE BUT DU PROJET EST DE REALISER UNE MACHINE ECONOMIQUE, SOUPLE ET PUISSANTE SUR LAQUELLE IL EST POSSIBLE D'IMPLANTER ET DE FAIRE EVOLUER UNE VASTE GAMME D'ALGORITHMES DE CALCUL D'IMAGES SANS QU'IL SOIT NECESSAIRE DE MODIFIER SA CONCEPTION ELECTRONIQUE OU ARCHITECTURALE. POUR ATTEINDRE NOTRE OBJECTIF, NOUS PROPOSONS D'UTILISER UN RESEAU DE PROCESSEURS A USAGE GENERAL SUR LEQUEL NOUS BATISSONS UN SYSTEME D'EXPLOITATION PARALLELE, MULTI-UTILISATEURS, EFFICACE ET TRANSPARENT. SA STRUCTURE ORIGINALE INSPIREE DES MODELES DE PROGRAMMATION PAR OBJETS PERMET LE DEVELOPPEMENT D'APPLICATIONS INDEPENDEMMENT DES SPECIFICATIONS MATERIELLES. NOUS POUVONS ALORS DEFINIR UN LOGICIEL DE SYNTHESE D'IMAGES DONT L'ARCHITECTURE LOGICIELLE EST ADAPTEE AU SYSTEME D'EXPLOITATION PARALLELE QUE NOUS AVONS CONCU
L'EXPLOITATION AUTOMATIQUE D'UNE INFORMATION DE NATURE VISUELLE MET EN UVRE DES SYSTEMES DE TRAITEMENT PARTICULIERS. LA DIVERSITE DES OPERATIONS ET LES PUISSANCES DE CALCUL REQUISES ABOUTISSENT A DES STRUCTURES FONDEES SUR LES NOTIONS DE CONCURRENCE ET DE TRAITEMENTS DISTRIBUES. LE PRESENT TRAVAIL IDENTIFIE UNE MACHINE DE VISION A UNE ASSOCIATION D'ENTITES INTELLIGENTES SPECIALISEES, DIALOGUANT PAR ECHANGES DE MESSAGES CONFORMEMENT AU MODELE DE PARALLELISME INTRODUIT PAR LE LANGUAGE OCCAM. IL PROPOSE UNE ARCHITECTURE DU TYPE RESEAU DE PROCESSEURS ENRICHIS. IL S'AGIT D'UNE APPROCHE MULTIPROCESSEUR CLASSIQUE DANS LAQUELLE CHAQUE NUD EST COMPLETE DE RESSOURCES SPECIFIQUES. CES RESSOURCES COUVRENT NON SEULEMENT LES TACHES DE TRAITEMENT, MAIS EGALEMENT LES DIALOGUES INTER-NUDS. UNE TELLE ARCHITECTURE BENEFICIE DE L'HOMOGENEITE DES RESEAUX MULTIPROCESSEURS ET DE LA PUISSANCE DE RESSOURCES SPECIALISEES. SA MISE EN UVRE EST CELLE D'UNE STRUCTURE DISTRIBUEE OU CHAQUE NUD RECOIT SA PART DU TRAVAIL. CETTE APPROCHE DEBOUCHE SUR UNE REALISATION ORIGINALE, L'ARCHITECTURE ATILA. STRUCTURE MODULAIRE, ELLE S'ARTICULE AUTOUR D'UN RESEAU DE TRANSPUTERS ASSORTIS DE COPROCESSEURS DEDIES AU TRAITEMENT D'IMAGES ET RELIES PAR DE PUISSANTS DISPOSITIFS DE COMMUNICATION
LES MODELES DE RESEAUX DE NEURONES, CONSTITUES DE CELLULES INTERCONNECTEES TRAVAILLANT SIMULTANEMENT, SE PRETENT TRES NATURELLEMENT A UNE SIMULATION SUR ARCHITECTURE PARALLELE. CEPENDANT, L'OBTENTION DE BONNES PERFORMANCES SUR LES DIFFERENTS TYPES DE RESEAUX NEURONAUX IMPOSE D'AVOIR UNE MACHINE SUFFISAMMENT SOUPLE ET DOTEE D'UN RESEAU DE COMMUNICATION TRES PERFORMANT. DANS CETTE ETUDE, NOUS PROPOSONS UNE ARCHITECTURE PARALLELE MIMD DOTEE D'UN RESEAU DE COMMUNICATION EN ANNEAU A CORDES DONT LES PARAMETRES TOPOLOGIQUES SONT OPTIMISES AFIN DE REDUIRE SON DIAMETRE TOUT EN LE RENDANT PARTITIONNABLE. LE MODELE DE COMMUNICATION QUE NOUS CHOISISSONS EST DU TYPE STATIQUE, POINT A POINT ENTRE PROCESSEURS DIRECTEMENT CONNECTES, ET SANS AUCUN MECANISME DE ROUTAGE. CETTE DERNIERE RESTRICTION NE DIMINUE EN RIEN LES PERFORMANCES DANS LA MESURE OU LES PRINCIPALES ARCHITECTURES NEURONALES SONT ELLES-MEMES STATIQUES ; ELLE NOUS PERMET EN OUTRE DE SIMPLIFIER LE MATERIEL ET D'OPTIMISER L'ORDONNANCEMENT DES TRAVAUX DES PROCESSEURS EXPLICITEMENT PAR PROGRAMME. NOUS AVONS INTRODUIT UNE EXTENSION PARALLELE DU LANGAGE C IMPLANTANT UN MODELE DE PROGRAMMATION DU TYPE SPMD (PARALLELISME DE DONNEES) AVEC INSTRUCTIONS DE COMMUNICATIONS GLOBALES AFIN DE FACILITER LE DEVELOPPEMENT DES APPLICATIONS. CE LANGAGE PERMET D'EFFECTUER UN CONTROLE SEMANTIQUE ASSURANT L'ABSENCE DE RISQUES D'INTER-BLOCAGE DES PROCESSEURS. NOUS AVONS REALISE UN COMPILATEUR GENERANT DU CODE POUR UN ENVIRONNEMENT DE SIMULATION, ET NOUS AVONS ECRIT DES PROGRAMMES POUR LES PRINCIPAUX ALGORITHMES NEURONAUX AINSI QUE POUR DES ALGORITHMES DE TRAITEMENT D'IMAGES AFIN DE CONFIRMER L'INTERET DU COUPLE ARCHITECTURE-LANGAGE CHOISI. NOUS PROPOSONS DES SOLUTIONS POUR UNE REALISATION MATERIELLE A BASE DE PROCESSEURS DE SIGNAUX ET/OU D'ASIC ; NOTRE ETUDE PORTE ESSENTIELLEMENT SUR LA REALISATION DES LIAISONS DE COMMUNICATION ENTRE LES NUDS DU RESEAU
Le présent travail constitue une contribution au projet N-ARCH qui vise la conception d'une architecture d'ordinateur parallèle orientée vers le traitement. Dans la première partie de ce rapport, nous présentons les 2 points principaux retenus pour la conception de la machine N-ARCH. Il s'agit d'une part de l'utilisation de langages de nature déclarative et d'autre part de l'adéquation d'un schéma d'évaluation de type non-Von Neumann à ces langages. Une description fonctionnelle d'un nœud de la machine est, par la suite présentée. Dans cette description nous montrons le rôle des mémoires associatives dans le fonctionnement d'un nœud, ainsi que la méthode sur l'utilisation de fonctions de hachage. A partir de cette description, un émulateur de la machine N-ARCH a été réalisé afin d'étudier le comportement dynamique du modèle. Le noyau de l'émulateur a été développé en OCCAM et mis au point sur un réseau de 16 Transputers. Les programmes de test réalisés sur l'émulateur ont permis de mesurer les performances de celui-ci et de valider le modèle fonctionnel de N-ARCH. Les résultats de ces test mettent en évidence certains points clés qui devront être pris en compte lors de la réalisation physique du nœud (comme l'intégration des mémoires associatives, la répartition du programme dynamiquement, l'existence d'unités de communication autonomes). Le travail se termine par une proposition d'extension du noyau N-ARCH pour permettre l'exécution de programmes écrits en langages fonctionnels
Nous considérons d'abord le problème d'acheminement pour la diffusion à partir d'une fonction de routage point-a-point. La famille d'algorithmes de diffusion obtenus s'adapte à la fois à la représentation de la fonction de routage point-a-point, et a la topologie d'interconnexion. Les algorithmes produits nécessitent des espaces de tampons de taille constante pour la prévention de l'inter blocage. De plus, en utilisant une représentation par intervalles de la fonction de routage, nous montrons que notre méthode de diffusion peut être intégrée dans un circuit routeur.
L'OBJECTIF EST DE REDUIRE LES TEMPS D'OBTENTION D'IMAGES DE SYNTHESE REALISTES PAR LA TECHNIQUE DU LANCER DE RAYON. UN LOGICIEL DE SYNTHESE D'IMAGES, APPLIQUE A DES OBJETS MODELISES PAR COMPOSITION DE PRIMITIVES GEOMETRIQUES, EST PROPOSE. AFIN D'EXPLOITER LE PARALLELISME D'ECRAN ET LA COHERENCE SPATIALE D'UNE SCENE, UNE ARCHITECTURE PARALLELE A ETE INTRODUITE
A PARTIR D'UNE MODELISATION PRECISE DES TRAITEMENTS IMPLIQUES PAR LA VISION PAR ORDINATEUR, DIVISES EN TROIS NIVEAUX -BAS, MOYEN ET HAUT NIVEAUX-, UNE ARCHITECTURE PARALLELE HETEROGENE A ETE DEFINIE ET PARTIELLEMENT REALISEE. LA MACHINE DE VISION RESULTANTE EST CONSTITUEE D'UN SYSTEME DEDIE POUR LES TRAITEMENTS BAS-NIVEAU, D'UN RESEAU DE TRANSPUTERS POUR LE MOYEN-NIVEAU ET D'UNE STATION DE TRAVAIL POUR LES OPERATIONS DE HAUT-NIVEAU. PARALLELEMENT A LA PARTICIPATION A LA REALISATION DU SYSTEME DE VISION, LE TRAVAIL EFFECTUE DANS LE CADRE DE CETTE THESE A PORTE SUR LES POINTS SUIVANTS: 1) L'ETALONNAGE AUTOMATIQUE DES CAPTEURS CCD. 2) L'UTILISATION D'IMAGES CONCEPTUELLES EN TRAITEMENT D'IMAGES. IL A ETE MONTRE QU'IL EST POSSIBLE DE GENERER DES IMAGES DE SYNTHESE DE L'OBJET A INSPECTER COMPARABLES, EN NIVEAUX DE GRIS, A L'IMAGE REELLE CORRESPONDANTE DE L'OBJET. L'APPLICATION DE CETTE APPROCHE A L'EXTRACTION CONTROLEE ET A LA CLASSIFICATION DES CONTOURS DE L'IMAGE REELLE DE LA PIECE A INSPECTER EST PRESENTEE. 3) LA LOCALISATION SUB-PIXEL DES CONTOURS D'OBJETS. UNE ETUDE DES EFFETS DE LA DELOCALISATION INDUITE PAR DES PROFILS D'INTENSITE NON SYMETRIQUES A ETE REALISEE ET UNE METHODE DE CORRECTION EST PROPOSEE. 4) LA RECONSTRUCTION 3D DE L'OBJET A CONTROLER A PARTIR D'IMAGES 2D DE CELUI-CI. EN PARTICULIER, UNE METHODE DE RECONSTRUCTION SPATIALE D'ELLIPSES A ETE DEVELOPPEE ET IMPLEMENTEE. LES METHODES DEVELOPPEES ONT ENSUITE ETE INTEGREES DANS UN ENSEMBLE LOGICIEL DEJA EXISTANT ET, POUR CERTAINES, PARALLELISEES POUR UN RESEAU DE TRANSPUTERS
LE BUT DE CETTE THESE EST D'OFFRIR UNE SOLUTION AUX PROBLEMES DE PROGRAMMATION CONCURRENTE ET REPARTIE EN MILIEU PARALLELE. ELLE DECRIT UN MODELE DE SYNCHRONISATION POUR LES LANGAGES A OBJETS CONCURRENTS ET PROPOSE UN MODELE D'OBJET POUR LA PROGRAMMATION REPARTIE ET PARALLELE. LA PROGRAMMATION PAR OBJETS ET LA PROGRAMMATION CONCURRENTE SONT DEVENUES DES STYLES DE PROGRAMMATION POPULAIRES. D'UNE PART LA REUTILISABILITE DE CODE EST ACCENTUEE PAR LE CONCEPT D'OBJET, D'AUTRE PART, LA PROGRAMMATION CONCURRENTE FACILITE LA CONCEPTION DE SYSTEMES INTRINSEQUEMENT PARALLELES. LA PREMIERE PARTIE DE CETTE THESE EST CONSACREE A L'INTEGRATION DE CES DEUX CONCEPTS AU SEIN D'UN MEME LANGAGE, C++, AVEC LE SOUCI DE CONSERVER LEURS PROPRIETES INTRINSEQUES. LA DISPONIBILITE DE MACHINES MULTIPROCESSEURS A MEMOIRE REPARTIE PERMET A CERTAINES APPLICATIONS D'EXPLOITER UN HAUT DEGRE DE PARALLELISME ET D'AMELIORER AINSI LEURS PERFORMANCES DE FACON SIGNIFICATIVE. NEANMOINS, LES SYSTEMES PARALLELES SONT COMPLEXES ET LA PROGRAMMATION D'APPLICATIONS REPARTIES RESTE ENCORE LE DOMAINE DES INITIES. LA DEUXIEME PARTIE DE CETTE THESE EST CONSACREE A LA REALISATION DE MECANISMES GENERIQUES POUR LA GESTION DES RESSOURCES DANS UN MILIEU PARALLELE REPARTI ET A LA DEFINITION D'UN MODELE D'OBJET POUR LA STRUCTURATION D'APPLICATIONS. NOTRE TRAVAIL A ABOUTI A LA DEFINITION D'UN LANGAGE A OBJETS CONCURRENTS QUE NOUS AVONS IMPLEMENTE COMME UNE EXTENSION DU LANGAGE C++ ET LA REALISATION D'UNE COUCHE SYSTEME A OBJETS CHARGEE DE LA GESTION DES OBJETS EN MILIEU PARALLELE