Contribution à l'implémentation des algorithmes de vision avec parallélisme massif de données sur les architectures hétérogènes CPU/GPU

Contribution to the implementation of vision algorithms with massive parallelism of data on heterogeneous CPU/GPU architectures.

• Auteur / Autrice : Lhoussein Mabrouk
• Direction : Dominique Houzet, Said Belkouch, Sylvain Guillaume Huet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image, paroles, télécoms
• Date : Soutenance le 17/07/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Hassan Belahrach
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Younes Jabrane, Jean-François Nezan, Serge Weber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rachid Latif, Younes Jabrane, Jean-François Nezan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul intensif (informatique)

Algorithmes

Réseaux logiques programmables par l'utilisateur

Parallélisme (informatique)

Mots clés libres

Équilibrage adaptatif de charge

Calcul haute performance

Plates-Formes hétérogènes CPU/GPU

Aquisition comprimée

Soustraction d'arrière-Plan MoG.

Adaptive workload balancing

High performance computing

Eterogeneous CPU-GPU platforms

Compressive sensing

MoG background subtraction

Résumé

Le mélange de gaussiennes (MoG) et l'acquisition comprimée (CS) sont deux algorithmes utilisés dans de nombreuses applications de traitement d'image et du son. Leur combinaison, CS-MoG, a été récemment utilisée pour la soustraction de fond dans des applications de détection des objets mobiles. Néanmoins, les implémentations de CS-MoG présentées dans la littérature ne profitent pas pleinement de l'évolution des architectures hétérogènes. Ces travaux de thèse proposent deux contributions pour l'implémentation efficace de CS-MoG sur architectures parallèles hétérogènes CPU/GPU. Ces dernières offrent de nos jours une grande flexibilité de programmation permettant d’optimiser les performances ainsi que l’efficacité énergétique.Notre première contribution consiste à offrir le meilleur compromis accélération-précision sur CPU et GPU. La seconde est la proposition d'une nouvelle approche adaptative de partitionnement de données permettant d'exploiter pleinement l'ensemble des CPUs-GPUs. Quelles que soient leurs performances relatives, cette approche, appelée Curseur de Distribution Optimale de Données (ODDC), vise à assurer un équilibrage automatique de la charge de calcul en estimant la proportion optimale des données qui doit être affectée à chaque processeur, en prenant en compte sa capacité de calcul.Cette approche met à jour ce partitionnement en ligne ce qui permet de prendre en compte toute influence de l'irrégularité du contenu des images traitées. En termes d’objets mobiles, nous ciblons principalement les véhicules dont la détection représente un ensemble de défis, mais afin de généraliser notre approche, nous testons également des scènes contenant d’autres types de cibles.Les résultats expérimentaux, sur différentes plateformes et jeux de données, montrent que la combinaison de nos deux contributions permet d'atteindre 98% des performances maximales possibles sur ces plateformes. Ces résultats peuvent être aussi bénéfiques pour d'autres algorithmes où les calculs s'effectuent d'une manière indépendante sur des petits grains de données.

Mixture of Gaussians (MoG) and Compressive Sensing (CS) are two common algorithms in many image and audio processing systems. Their combination, CS-MoG, was recently used for mobile objects detecting through background subtraction. However, the implementations of CS-MoG presented in previous works do not take full advantage of the heterogeneous architectures evolution. This thesis proposes two contributions for the efficient implementation of CS-MoG on heterogeneous parallel CPU/GPU architectures. These technologies nowadays offer great programming flexibility, which allows optimizing performance as well as energy efficiency.Our first contribution consists in offering the best acceleration-precision compromise on CPU and GPU. The second is the proposition of a new adaptive approach for data partitioning, allowing to fully exploiting the CPUs-GPUs. Whatever their relative performance, this approach, called the Optimal Data Distribution Cursor (ODDC), aims to ensure automatic balancing of the computational load by estimating the optimal proportion of data that has to be affected to each processor, taking into account its computing capacity.This approach updates the partitioning online, which allows taking into account any influence of the irregularity of the processed images content. In terms of mobile objects, we mainly target vehicles whose detection represents some challenges, but in order to generalize our approach, we test also scenes containing other types of targets.Experimental results, on different platforms and datasets, show that the combination of our two contributions makes it possible to reach 98% of the maximal possible performance on these platforms. These results can also be beneficial for other algorithms where calculations are performed independently on small grains of data.