CN102023838A - Mrc图片文件的处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MRC图片文件的处理方法及系统，以快速显示MRC格式的图片文件，其中该方法包括：读取MRC图片文件的MRC文件头；根据MRC文件头获得MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；根据数据模式将MRC图片的图片数据存储到内存中；使用计算统一设备架构技术将内存中的图片数据拷贝到显存中；根据MRC图片的长度、宽度及图片数量，将图片数据处理成中间数据并存储到内存中；建立Qt图形文件的Qt文件头，根据Qt文件头将内存中的中间数据处理成待显示数据。与现有技术相比，本发明技术方案通过CUDA加速处理MRC文件，可以采用Qt技术进行显示，提升了用户操作体验。

Description

MRC图片文件的处理方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机图片文件显示技术，尤其涉及一种MRC图片文件的处理方法及系统。

背景技术

计算统一设备架构(Compute Unified Device Architecture，CUDA)是英伟达(NVIDIA)公司推出的并行计算架构，该架构通过利用图形处理器(GPU)的处理能力，能够大幅提升计算性能。其中程序代码通常采用C语言的超集CUDA C编写。该技术封装了使用GPU的细节，使用类似C语言的方式为使用者提供较简单利用GPU的编程体验。该技术可以利用GPU的众核特性，大幅加速并行化的应用。

MRC格式是电子显微镜成像领域常用的数据文件格式，一个MRC格式的文件中可存入一系列图片数据。此文件格式并非图片格式，因此在显示时需要先行处理。已有的imod，EMAN等软件包存在图片较大或数量较多时，显示图片时速度较慢，影响用户的操作体验。

Qt是诺基亚(NOKIA)公司所有的，跨平台的通用界面库。使用Qt库可以较容易地编写跨平台的图形化的软件界面。Qt库不支持MRC格式的文件显示，但可以支持灰度图像格式(PGM)等常见的图像格式。

但是，目前还没有一种能快速显示MRC格式文件的技术来提高用户的操作体验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种MRC图片文件的处理方法及系统，以快速显示MRC格式的图片文件。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种MRC图片文件的处理方法，包括：

读取所述MRC图片文件的MRC文件头；

根据所述MRC文件头获得MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；

根据所述数据模式将所述MRC图片的图片数据存储到内存中；

使用计算统一设备架构技术将所述内存中的所述图片数据拷贝到显存中；

根据所述MRC图片的长度、宽度及图片数量，将所述图片数据处理成中间数据并存储到所述内存中；

建立Qt图形文件的Qt文件头，根据所述Qt文件头将所述内存中的所述中间数据处理成待显示数据。

优选地，根据所述MRC文件头获得所述MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式的步骤，包括：

根据所述MRC文件头的前16个字节获得所述MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式。

优选地，根据所述数据模式将所述MRC图片的图片数据存储到内存中的步骤，包括：

根据所述数据模式建立二维数组，其中一维表示所述图片数量，另一维表示所述长度与宽度的乘积；

将所述图片数据存储到所述二维数组中。

优选地，根据所述MRC图片的长度、宽度及图片数量，将所述图片数据处理成所述中间数据的步骤，包括：

根据所述图片数量确定线程块数量；

根据所述MRC图片的长度及宽度确定每个线程块内线程的数量；

利用所确定的所有线程将所述图片数据处理成所述中间数据。

优选地，根据所述MRC图片的长度及宽度确定每个线程块内线程的数量的步骤，包括：

将每个线程块内线程的数量确定为所述MRC图片的长度和宽度的乘积，与预设的不大于512的预定值这两者之间的较小数。

优选地，建立所述Qt文件头，根据所述Qt文件头将所述中间数据处理成所述待显示数据的步骤，包括：

建立PGM文件头；

为所述中间数据添加所述PGM文件头，获得所述待显示数据。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种MRC图片文件的处理系统，包括：

读取模块，用于读取所述MRC图片文件的MRC文件头；

获取模块，用于根据所述MRC文件头获得MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；

存储模块，用于根据所述数据模式将所述MRC图片的图片数据存储到内存中；

拷贝模块，用于使用计算统一设备架构技术将所述内存中的所述图片数据拷贝到显存中；

转换模块，用于根据所述MRC图片的长度、宽度及图片数量，将所述图片数据处理成中间数据并存储到所述内存中；

处理模块，用于建立Qt图形文件的Qt文件头，根据所述Qt文件头将所述内存中的所述中间数据处理成待显示数据。

优选地，所述获取模块用于根据所述MRC文件头的前16个字节获得所述MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式。

优选地，所述存储模块包括：

建立子模块，用于根据所述数据模式建立二维数组，其中一维表示所述图片数量，另一维表示所述长度与宽度的乘积；

存储子模块，用于将所述图片数据存储到所述二维数组中。

优选地，所述转换模块包括：

第一确定子模块，用于根据所述图片数量确定线程块数量；

第二确定子模块，用于根据所述MRC图片的长度及宽度确定每个线程块内线程的数量；

转换子模块，用于利用所确定的所有线程将所述图片数据处理成所述中间数据。

优选地，所述第二确定子模块用于将每个线程块内线程的数量确定为所述MRC图片的长度和宽度的乘积，与预设的不大于512的预定值这两者之间的较小数。

优选地，所述处理模块包括：

建立子模块，建立PGM文件头；

处理子模块，用于为所述中间数据添加所述PGM文件头，获得所述待显示数据。

与现有技术相比，本发明技术方案通过CUDA加速处理MRC文件，可以采用Qt技术进行显示，提升了用户操作体验。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。在附图中：

图1是本发明实施例的MRC图片的处理方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的MRC图片的处理系统的组成示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

首先，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征的相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一、MRC图片文件的处理方法

如图1所示，本实施例主要包括如下步骤：

步骤S110，读取MRC图片文件的文件头(以下称为MRC文件头)，本实施例中MRC文件头为1024字节；MRC图片文件除文件头之外的其余数据为PRC图片数据(以下称为图片数据)；

步骤S120，根据MRC文件头获得MRC图片的长度(长度方向上的像素数量)、宽度(宽度方向上的像素数量)、图片数量和数据模式；具体地，是根据MRC文件头的前16个字节来确定MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；比如将MRC文件头存入一个以字节为单位的数组中，以每四个字节为一个单位，按照整型的数据类型解释该MRC文件头，即可获得MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；

其中，上述的数据模式是指MRC文件所存储的数据是以何种数据格式存放的(具体地，是以浮点型(float)存放还是以字符型(char)存放等)，后续处理方式与此格式有关；

步骤S130，根据MRC图片的数据模式，在内存的第一空间中动态建立二维数组，将MRC图片的图片数据保存到该数组中；该二维数组中，一维表示MRC图片的图片数量，另一维表示MRC图片的长度与宽度的乘积；

步骤S140，根据存储图片数据的该二维数组的大小，为MRC图片分配显存，并使用CUDA C的API函数将二维数组中的图片数据从内存中拷贝到显存中；

步骤S150，根据MRC图片的图片数量确定处理MRC图片所需要的线程块数量，根据MRC图片的长度和宽度确定每个线程块内线程的数量(线程数)，其中线程块数(线程数小于等于线程块数乘以每个线程块内线程的数量，块与块之间的线程数是相等的)等于MRC图片的图片数量，且每个线程块内线程的数量为图片长度和宽度的乘积与预先设定的不大于512的预定值(较佳的，本实施例中的预定值为256)这两者中的较小数；

步骤S160，利用GPU函数以及所确定的线程处理存储在显存中的图片数据，获得中间数据并存储到内存的第二空间中；

其中该GPU函数利用C++的模板选择对应的数据模式函数进行处理；GPU函数所实现的功能，是根据预先配置的转换规则对图片数据进行归一化处理，获得前述的中间数据；预先配置的规则有线性函数转换、对数函数转换等；

本实施例的归一化范围为大于等于0且小于等于255，也即将图片数据中的最大值映射至255，最小值映射至0(分别为灰度颜色的纯白和纯黑)，并以此为范围归一化其他图片数据；

本步骤使用两级并行处理方式，其中一级根据MRC图片文件所包含的图片数量，使用相同数量的CUDA线程对每张图片进行并行处理，另外一级是根据图片的长度和宽度计算CUDA线程个数后进行并行处理。

步骤S170，建立Qt图形文件(即Qt支持的文件)的文件头(以下称为Qt文件头)，对Qt文件头以及中间数据进行处理，获得待显示数据(Qt支持的图片数据)拷贝到内存的第三空间中；

Qt官方默认支持的可读(即可显示)的图片格式有：BMP、GIF、JPG、JPEG、PNG、PBM、PGM、PPM、TIFF、XBM以及XPM等等，在本实施例中，是建立PGM文件的文件头(在其他实施例中，也可以是其他Qt所支持的任意一种格式的文件头)，根据PGM文件的文件头的长度和中间数据的长度在内存中开辟第三空间，为中间数据添加PGM文件的文件头后，获得待显示数据(PGM图片数据)拷贝到所开辟的第三空间中；

本实施例优选PGM文件格式，是因为PGM文件的文件头简单，而且不需要对中间数据进行其他的处理(因为目前而言，MRC图片都不是彩色图像)；在其他实施例中，如果选择Qt支持的其他文件格式，则可能还需要对中间数据进行相应的处理以满足相应文件格式的规范(比如将灰度图像转换为彩色图像等)，然后再根据相应格式的文件头以及对中间数据相应处理之后的数据，获得Qt支持的待显示数据；

步骤S180，采用Qt图片显示技术，使用Qt的LoadFromData方法待显示数据传入QPixmap控件，显示该待显示数据；可以选择同时显示多张图片或每次仅显示一张图片，当每次仅显示一张图片时，使用滑块或输入图片序号的方式来控制选择图片。

需要说明的是，在不需要进行显示的应用场合，可执行完上述步骤S170后停止。

实施例二、MRC图片文件的处理系统

如图2所示，本实施例主要包括读取模块210、获取模块220、存储模块230、拷贝模块240、转换模块250、处理模块260以及显示模块270，其中：

读取模块210，用于读取MRC图片文件的MRC文件头；本实施例中MRC文件头为1024字节；

获取模块220，与读取模块210相连，用于根据MRC文件头获得MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；具体地，是根据MRC文件头的前16个字节来确定MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；

存储模块230，与获取模块220相连，用于根据数据模式将MRC图片的图片数据存储到内存中；

拷贝模块240，与存储模块230相连，用于使用计算统一设备架构技术将内存中的图片数据拷贝到显存中；

转换模块250，与拷贝模块240相连，用于根据MRC图片的长度、宽度及图片数量，将图片数据处理成中间数据并存储到内存中；

处理模块260，与转换模块250相连，用于建立Qt图形文件的Qt文件头，根据Qt文件头将内存中的中间数据处理成待显示数据；

显示模块270，与处理模块260相连，用于采用Qt图片显示技术对待显示数据进行显示。

本实施例在用Qt编写的图形界面中加载处理成Qt图片的MRC文件，提高了显示速度，提高了用户体验度。

需要说明的是，在不需要进行图片显示的应用场合，也可以不需要显示模块270，在转换模块250完成数据转换之后即可。

上述存储模块230包括：

建立子模块，用于根据数据模式建立二维数组，其中一维表示图片数量，另一维表示长度与宽度的乘积；

存储子模块，用于将图片数据存储到二维数组中。

上述转换模块250包括：

第一确定子模块，用于根据图片数量确定线程块数量；

第二确定子模块，用于根据MRC图片的长度及宽度确定每个线程块内线程的数量；本实施例中每个线程块内线程的数量为图片长度和宽度的乘积与预先设定的不大于512的预定值(较佳的，本实施例中的预定值为256)这两者中的较小数；

转换子模块，用于利用所确定的所有线程将图片数据处理成中间数据。

上述第二确定子模块用于将每个线程块内线程的数量确定为MRC图片的长度和宽度的乘积，与预设的不大于512的预定值这两者之间的较小数。典型地，当MRC图片的长度和宽度的乘积大于256时，将每个线程块内线程的数量确定为256。

上述处理模块260包括：

建立子模块，建立PGM文件头；

处理子模块，用于为中间数据添加PGM文件头，获得待显示数据。

应用实例

本应用实例处理的是一个拥有2048*2048大小、226张字节(byte)型图片的MRC图片文件。

读取模块210读入MRC图片文件的MRC文件头，获取模块220得到MRC图片的长度为2048、宽度为2048、图片数量为226、数据模式为byte类型。

存储模块230中的建立子模块根据获取模块220所获得的上述数据，在内存中建立二维byte类型数组，其中一维为图片张数226，另一维为图片数据量2048*2048。存储模块230中的存储子模块读取图片数据填入二维数组的相应位置中，并将该二维数组的指针及参数数据发送给拷贝模块240。

拷贝模块240根据二维数组中的数据拷贝到显存中。转换模块250中的第一确定子模块根据图片数量设置CUDA内核函数的线程块数量为226，转换模块250中的第二确定子模块根据MRC图片的长度和宽度设置每个线程块内的线程数量为256。转换模块250中的转换子模块调用GPU计算的该内核函数，在内核函数中，使用最简单的线性函数法进行归一化，首先用并行规约法求出同一线程块中最大和最小的元素大小，然后用每个元素与最小元素之差除以最大最小元素之差再乘以255，255即要显示的灰度数量，得到的值作为图片的灰度值存储。转换子模块在内核函数执行结束后，将显存中的计算数据传输至内存，并将该内存指针传入处理模块260。

处理模块260中的建立子模块建立PGM文件格式的文件头，即需要填入图片的大小2048、2048和颜色数255。处理模块260中的处理子模块在写入PGM文件格式的文件头后，根据文件头大小和每一张图片的大小建立数组，并将数据分别填入。显示模块270将填入的数据使用Qt的LoadFromData方法，加载到图片显示的QPixmap控件中，作为PGM格式的图片显示。如使用单张图片显示方式，则显示模块270根据设置的图片编号选择相应的图片进行显示。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种MRC图片文件的处理方法，其特征在于，包括：

读取所述MRC图片文件的MRC文件头；

根据所述MRC文件头获得MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；

根据所述数据模式将所述MRC图片的图片数据存储到内存中；

使用计算统一设备架构技术将所述内存中的所述图片数据拷贝到显存中；

根据所述MRC图片的长度、宽度及图片数量，将所述图片数据处理成中间数据并存储到所述内存中；

建立Qt图形文件的Qt文件头，根据所述Qt文件头将所述内存中的所述中间数据处理成待显示数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述MRC文件头获得所述MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式的步骤，包括：

根据所述MRC文件头的前16个字节获得所述MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述数据模式将所述MRC图片的图片数据存储到内存中的步骤，包括：

根据所述数据模式建立二维数组，其中一维表示所述图片数量，另一维表示所述长度与宽度的乘积；

将所述图片数据存储到所述二维数组中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述MRC图片的长度、宽度及图片数量，将所述图片数据处理成所述中间数据的步骤，包括：

根据所述图片数量确定线程块数量；

根据所述MRC图片的长度及宽度确定每个线程块内线程的数量；

利用所确定的所有线程将所述图片数据处理成所述中间数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述MRC图片的长度及宽度确定每个线程块内线程的数量的步骤，包括：

将每个线程块内线程的数量确定为所述MRC图片的长度和宽度的乘积，与预设的不大于512的预定值这两者之间的较小数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立所述Qt文件头，根据所述Qt文件头将所述中间数据处理成所述待显示数据的步骤，包括：

建立PGM文件头；

为所述中间数据添加所述PGM文件头，获得所述待显示数据。

7.一种MRC图片文件的处理系统，其特征在于，包括：

读取模块，用于读取所述MRC图片文件的MRC文件头；

获取模块，用于根据所述MRC文件头获得MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式；

存储模块，用于根据所述数据模式将所述MRC图片的图片数据存储到内存中；

拷贝模块，用于使用计算统一设备架构技术将所述内存中的所述图片数据拷贝到显存中；

转换模块，用于根据所述MRC图片的长度、宽度及图片数量，将所述图片数据处理成中间数据并存储到所述内存中；

处理模块，用于建立Qt图形文件的Qt文件头，根据所述Qt文件头将所述内存中的所述中间数据处理成待显示数据。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述获取模块用于根据所述MRC文件头的前16个字节获得所述MRC图片的长度、宽度、图片数量和数据模式。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述存储模块包括：

建立子模块，用于根据所述数据模式建立二维数组，其中一维表示所述图片数量，另一维表示所述长度与宽度的乘积；

存储子模块，用于将所述图片数据存储到所述二维数组中。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转换模块包括：

第一确定子模块，用于根据所述图片数量确定线程块数量；

第二确定子模块，用于根据所述MRC图片的长度及宽度确定每个线程块内线程的数量；

转换子模块，用于利用所确定的所有线程将所述图片数据处理成所述中间数据。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：

所述第二确定子模块用于将每个线程块内线程的数量确定为所述MRC图片的长度和宽度的乘积，与预设的不大于512的预定值这两者之间的较小数。

12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理模块包括：

建立子模块，建立PGM文件头；

处理子模块，用于为所述中间数据添加所述PGM文件头，获得所述待显示数据。