计算机工程与科学

作者：廉凯成, 杨晨, 朱佳伟, 柴志雷,

单位：1.江南大学人工智能与计算机学院，江苏 无锡 214122；2.江苏省模式识别与计算智能工程实验室，江苏 无锡 214122

关键词：数字半调,Floyd-Steinberg误差扩散,单指令多数据,并行计算,

基金：国家自然科学基金（61972180）

针对工业界采用的主流数字半调算法——Floyd-Steinberg误差扩散算法在处理日益增大的图像数据时存在的数据依赖严重、可并行性低和实时性差等问题，提出高效计算方法。首先，通过预生成像素-误差扩散值查找表避免了频繁的误差和扩散过程计算；其次，通过基于行缓冲的高效数据结构实现访存优化；再次，提出误差累加单指令多数据SIMD并行方法，使用AVX-512指令集并行累加多个像素同向误差，增强CPU中矢量寄存器的作用；最后，通过边缘误差限制的列分块方法实现多核数据并行，同时消除由于数据并行处理时边界部分数据依赖导致的误差问题。实验结果表明：本文提出的优化算法具有良好的规模伸缩性，计算性能随最佳并行核心数量线性提升；与传统的Floyd-Steinberg误差扩散算法相比，在16核Intel? CoreTM i7-11700 CPU平台上处理5 120×5 120灰度图时，获得15倍性能提升，仅需23 ms即可完成处理，更好地满足大规模、超大幅面、超高分辨率和多变内容的工业高速印刷的需求。

来源：2025年第5期

《计算机工程与科学》期刊编辑部

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