CN101388052A - 用于与医学成像系统相关的操作多处理器系统的方法 - Google Patents

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CN101388052A CNA2008101686198A CN200810168619A CN101388052A CN 101388052 A CN101388052 A CN 101388052A CN A2008101686198 A CNA2008101686198 A CN A2008101686198A CN 200810168619 A CN200810168619 A CN 200810168619A CN 101388052 A CN101388052 A CN 101388052A
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Abstract

本发明涉及一种用于特别是与医学成像系统相关的操作多处理器系统的方法。此外本发明还涉及一种为实施该方法而构成的医学成像系统。在此，多处理器系统中存在至少两个处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)、至少一个控制单元(K)和可分配给处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)的运算(Algo1、Algo2、Algo3)。通过处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)处理从输入端输入的数据并可提供给输出端。至少一个控制单元(K)将所称的数据利用控制数据(A1、A2、A3)来增强，出于处理的目的，这些控制数据确定数据向各个运算(Algo1、Algo2、Algo3)的传输。

Description

用于与医学成像系统相关的操作多处理器系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于特别是与医学成像系统相关的操作多处理器系统的方法。此外本发明还涉及一种为实施该方法而构造的医学成像系统。
背景技术
在用于介入式血管造影术的典型的X射线设备中，产生X射线图像的时间顺序。始终按照相同的方式进行单个图像的处理，其中，对处理的速度提出一定要求。为处理图像使用用于图像改进的算法。这些算法以体现图像信息的变换的程序方式实现。典型地仅在单个计算单元(CPU、DSP、FPGA、ASIC等)中不能完成对X射线图像的大计算量的处理，而是必须分多个步骤在多个计算单元上进行。为此通常选择将全部处理分解成单个的顺序的步骤的流水线结构。然后可以将步骤分配在多个处理单元上，因为处理步骤彼此独立。在此，为每个处理步骤配备一个控制各自处理步骤的参数组。例如，用于重建例如由“中心(Center)、宽度(Width)”组成的参数组的灰度值动力学的处理步骤需要“Windowing”。该信息以适当的方式传输到处理步骤。
在广泛使用的流水线结构中，在必须按时间顺序处理的这些数据上进行处理步骤的“流水线操作”。在数据的流水线操作时，在离散的时间点上将新到达的数据分配给一个处理单元(“过程”)，该处理单元计算算法或运算(“程序”)的第一部分。在该计算结束后，将中间结果传送到下一个处理单元，然后该处理单元将算法的下个步骤运用到该数据。这样多次反复，直至执行所有步骤并且得到结果。在此，所执行的处理步骤的数量称为流水线的“深度”。换句话说，流水线处理的实现在于将所要处理的数据视为一种通过单个处理步骤“流动”的“河流”。
图1示出这样一种实现流水线处理的例子。图1示出数据源Q以及汇点S，其中，数据从数据源Q向汇点S传送。此外示出一个也称为控制实体(Kontrollinstanz)的控制单元K，其控制数据从一个处理器例如PZ1向下个处理器例如PZ2的传输。该图示出分别内装一种算法ALGO1、ALGO2、ALGO3的多个处理器PZ1至PZ3。对外的接口采用IN标注为输入端和采用OUT标注为输出端。在单个处理步骤中，通过由控制单元K控制的单独机构提供参数组A1、A2、A3。例如，在流水线处理运行时，可以通过在处理期间提供处理层次的新的或改变的参数组来影响所谓的“Windowing”。作为控制信息储存在控制数据中的参数组要与(有效)数据流同步。由此达到，从一个确定的例如第n个数据组开始进行确定的参数变化。迄今为止流水线体系结构中的这种同步要求对整个处理系统的拓扑结构的特定的知识。因此对每个时间点都要提供数据组编号正好所处的处理单元的信息给上级控制单元。按照这种方式，可以在正确的时间点上指示改变的参数组。这种类型实现的另一个缺点在于，不能容易地插入附加的处理步骤。为此控制单元需要有关变化的处理持续时间的信息。类似地带来处理数据的粒度(Granularit
Figure A200810168619D0005141634QIETU
t)的变化是困难的。例如，如果一个处理步骤执行基于行的算法，但下个处理步骤处理由三个行组成的数据(例如执行三核心(Dreier-Kernels))，那么除了流水线内的数据缓冲外，还要考虑参数组应用中的延迟。目前这些困难通过如下解决，即它们要么被忽略不计(改变的参数组立即影响下个数据)，要么通过上级信息(例如帧号，Frame-Number)进行从下个适当的数据结构(不同的粒度，例如像素方式或者行方式)起的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述缺点。
本发明的主要方面在于一种用于特别是有关医学成像系统的操作多处理器系统的方法。
在该系统中，具有至少两个处理单元、至少一个控制单元和可分配给处理单元的运算。通过处理单元处理从输入端输入的数据并可提供给输出端。至少一个控制单元利用控制数据来增强所称的数据，该控制数据出于处理的目的确定数据向各个运算的传输。
优选地由至少一个控制单元向处理单元分配各个运算。合适地，可以通过预先确定的顺序来确定或控制数据向各个运算的传输。
可以顺序地或并行地处理数据。这样至少另一个处理单元或可支配的处理单元可以被用于数据的处理，至少一个运算被分配到该处理单元。
合适地，由输入端输入的数据包括有效数据和控制数据，其中，控制数据优选地可以设置在一个所谓的“标头(Header)”内。
在处理期间或者之后通过至少一个分配给处理单元的运算来匹配控制数据。由此可以确定数据向各个运算的重新或者重复的传输。
优选地将数据按时序地传输到各个运算并且处理。
作为多处理器系统可以考虑多芯计算单元或者集群计算机、多DSP配置、单元处理器、流处理器或者可自由编程的逻辑组件。
本发明的另一种实施方式在于，为其分配运算的处理单元通过至少一个共用的存储单元交换数据。
也可以考虑，除了或取代通过一个共用的存储单元，通过至少一个共用的连接网络进行交换数据。
可以通过至少一个连接网络静态地或者动态地接通处理单元之间的连接。
数据交换也可以通过至少一个连接网络以数据分组的方式进行。
数据的传输可以由事件控制或者由时序控制进行。
也可以使用一个也称为“工人库(worker pools)”的加工库(Bearbeitungspool)。在此，所谓的调度程序控制向处理单元的数据传输。
本发明的另一方面在于一种医学成像装置，该装置被构造为用于实施依据本发明的方法及其实施方式。通过一种装置可以合适地具有处理单元之间的连接网络，其中可以静态地和/或者动态地接通该连接。
本发明具有下列优点：
通过由全部控制数据来增强有效数据而达到以下优点：
-控制数据与有效数据在处理流水线任何位置上的简单同步，
-利用也在流水线处理中的附加的处理步骤可以扩展处理系统，
-建立非线性拓扑结构的可能性(处理网络、分裂和再次组合)，
-“处理单元”内的计算不再特定化为正好一个处理步骤，
-与传统的严格时序的处理模式相比可以更加灵活地安排处理时间，
-可以实现通过收敛性标准控制的算法(也就是通过收敛和计算时间控制，循环通过的数量不是从一开始就固定)，
-利用非特定的处理单元的可能性，
-模块式的扩展能力，如果需要更高的数据速率的话。也就是说，在保留操作滞后期的情况下使用附加的处理单元，
-利用特定的以及通用的处理源的可能性，
-灵活的物理拓扑结构，优选地是星形的，其中，可以配置逻辑的(优选为线性的)拓扑结构。
附图说明
下面借助附图通过一个或者多个实施例对本发明进行详细说明。其中：
图1示出本文开头提到的按照现有技术的典型的流水线体系结构；
图2示例性示出依据本发明有效数据流通过控制数据的增强；
图3示出具有一个共用存储器的数据处理的依据本发明的实施方式；以及
图4示出借助连接网络进行数据处理的依据本发明的实施方式。
在图2、3和4中，一定程度上相同的单元使用与图1中相应的附图标记。
具体实施方式
图2示出一种依据本发明的流水线体系结构，其中，将参数组P作为控制数据例如A1、A2或A3补充到有效数据中，并利用数据流从一个处理单元PZ1或PZ2(处理器)“递送”到下一个处理单元PZ2或PZ3。图中仅通过一个在数据流箭头旁边的隔开的箭头表示，在每个处理步骤例如Algo1、Aglo2、Aglo3之后匹配控制数据A1、A2、A3并传递到下一个处理步骤。
正如前面所提到的那样，在用于流水线处理的数据结构中不仅体现必要的输入数据或有效数据(像素、灰度值)，而且还要在单独和附加的结构单元中为流水线后面的处理层次而输入参数组。由此在特别的位置(例如在所谓的标头中)通过具有用于进一步处理的指示的控制单元来增强输入数据，并且后面的处理层次可以在不与控制单元继续连接的情况下独立进行其各个处理步骤。全部处理完全由数据操作进行并因此一定程度上不同步。换句话说，在每个处理层次上，作为输入数据组不仅接收固有的有效数据，而且附加接收控制数据。处理层次可以从这些控制数据中提取该步骤所需的参数组，并根据算法应用到输入数据或有效数据，以及由此产生输出数据。然后按照已经介绍的那样进行进一步的处理。
这种方法的优点在于，完全取消控制单元与单个处理层次的复杂的和易出错的同步。参数组在任何时间点上与有效数据直接关联并可供各个处理步骤使用。
另一优点在于，可以从严格的流水线体系结构概括为“单元体系结构”。在流水线体系结构中，由每个处理单元仅将一种算法应用到数据，处理层次根据这种算法被特定化并以预先规定的固定时序工作。在现在可能的单元体系结构中，例如处理单元可以根据所允许的处理持续时间的标准来决定，实施多个步骤(也可以是不同算法的)。按照这种方式，更简单地实现例如迭代算法。
如果数据组允许较短的处理时间，例如由于非常迅速地满足收敛条件，则该处理步骤也可以更加迅速地结束。如果同一数据组在下个处理层次中需要处理时间略长一些，那么现在下个处理层次也可以使用更长的计算时间。取代迄今为止主要的严格时序的处理模式而整体上形成一种不同步的处理模式。
特别是利用依据本发明的方案可以简单地实施这些变化的长持续时间的处理步骤的参数化。因此基于单元的处理比按时序的流水线处理实现更大数量的算法。在此，可以存在比处理器更多的算法，其中，可以为一个处理器分配更多的算法。
此外，在简化实现的意义上考虑一种逻辑处理链，其中，也可以考虑其他的拓扑结构(例如分支、汇合等)。
根据有效数据和控制数据的组合结构，也可以使用一种具有至少一个共用存储器SP的依据“黑板”模型-如图3所示-的处理方法。在此，数据在一个共用的存储器SP内“公开”。一个未占用的处理单元例如PZ1现在对这些公开的工作任务做出反应，方法是其接收数据，借助所附的控制数据将下个处理步骤应用到有效数据，并将用现在所实施的处理步骤的附加标记所标记的结果重新存储到共用存储器。这一过程可以基于事件控制来进行。这一点也可以通过也称为“工人库”的加工库实现。在此，所谓的调度程序控制将工作任务分配到处理单元之一。
这种模型的一个主要优点在于，现在算法和处理器(或处理单元)彼此分开。因此不仅可以顺序处理，而且也可以并行处理。可供支配的处理器或其他处理器作为扩展可以在数据处理时予以考虑，方法是算法根据处理器的类型(容量、能力)分配不同的处理器(例如DSP、单元芯、多芯、集群处理器、流处理器或FPGA)。在参考图4时，例如可以考虑通过紧随处理器PZ3的具有算法Algo4的处理器例如PZ4作为扩展来补充该示意图。
另一种处理模型可以通过如下实现，即数据除了或者取代储存在一个共用存储器内-如图4所示-通过一个共用的连接网络VN来传输数据。这一点可以视为共用存储器(“黑板”模型)的一种实施方式，其中仅对各个成对共用的输出和输入数据建模。通过使用分级的“分组交换网络”的动态可再配置性，几乎可以达到与通过上述“黑板”模型相同的灵活性。与处理单元的转接可以通过所谓的多点传送分组的发送来实现。大多数情况下，事先确定并通过该网络错接所期望的拓扑结构(通常是线性的)。

Claims (18)

1.一种用于特别是与医学成像系统相关的操作多处理器系统的方法，其中存在至少两个处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)、至少一个控制单元(K)和可分配给所述处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)的运算(Algo1、Algo2、Algo3)，其中，通过所述处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)处理从输入端(IN)输入的数据并可提供给输出端(OUT)，其特征在于，所述至少一个控制单元(K)利用控制数据(A1、A2、A3)来增强所称的数据，所述控制数据出于处理的目的确定所述数据向所述各个运算(Algo1、Algo2、Algo3)的传输。
2.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述数据向所述各个运算(Algo1、Algo2、Algo3)的传输通过预先确定的顺序来确定。
3.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述各个运算(Algo1、Algo2、Algo3)由所述至少一个控制单元(K)分配到所述处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述数据向所述各个运算(Algo1、Algo2、Algo3)的传输使得可以顺序地和/或并行地处理所述数据。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为处理所述数据而动态补充至少另一个处理单元，为该另一个处理单元可分配至少一个运算。
6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由输入端输入的数据包括利用所称的控制数据(A1、A2、A3)增强的有效数据。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在处理期间或者之后通过至少一个分配给处理单元的运算(Algo1、Algo2、Algo3)这样匹配所述控制数据(A1、A2、A3)，使得这些控制数据确定所述数据向所述各个运算(Algo1、Algo2、Algo3)的重新或者重复传输。
8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，按时序地传输所述数据到所述各个运算(Algo1、Algo2、Algo3)并且处理。
9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用多芯计算单元或者集群计算机、多DSP配置、单元处理器、流处理器或者可自由编程的逻辑组件来操作多处理器系统。
10.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为其分配运算(Algo1、Algo2、Algo3)的处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)通过至少一个共用的存储单元(SP)交换所述数据。
11.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为其分配运算(Algo1、Algo2、Algo3)的处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)通过至少一个共用的连接网络(VN)交换所述数据。
12.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)之间的静态连接通过所述至少一个连接网络(VN)接通。
13.按权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理单元(PZ1、PZ2、PZ3)之间的连接通过所述至少一个连接网络(VN)动态地接通。
14.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，可以通过所述至少一个连接网络(VN)以数据分组的方式交换所述数据。
15.按前述权利要求10-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述数据的传输由事件控制进行。
16.按前述权利要求10-14中任一项所述的方法，其特征在于，由所谓的调度程序进行所述数据向属于所谓加工库的处理单元的传输。
17.一种医学成像装置，其构造为用于实施按前述权利要求中至少任一项所述的方法。
18.按权利要求17所述的装置，其特征在于，该装置具有一个处理单元之间的连接网络，其中可以静态地或者动态地接通所述连接。
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