Aceleración de Algoritmos Mediante Hardware Reconﬁgurable Biblioteca de Procesamiento de...

MotivaciónXSGImgLib

Conclusiones

Aceleración de Algoritmos Mediante HardwareReconfigurable

Biblioteca de Procesamiento de Imágenes para System Generator

Ing. Luis Manuel Garcés Socarrás

Tutores:Dr. Santiago Sánchez SolanoDra. Piedad Brox Jiménez

Dr. Alejandro José Cabrera Sarmiento

Tesis en opción al grado de Máster en Sistemas Digitales

Garcés Socarrás, Luis M. [email protected] Biblioteca de Procesado de Imágenes XSGImgLib

mailto:[email protected]


Conclusiones

Índice

1 MotivaciónProcesado de imágenes con FPGADiseño Teórico

2 Biblioteca de Procesado de Imágenes XSGImgLibFlujo de diseño con XSGBloques de procesadoProcesado de imágenes con XSGImgLib




Conclusiones

DIP con FPGADiseño Teórico

Aplicaciones del procesado de imágenes (DIP)

CarcterísticasComplejosAlto costocomputacionalEjecución entiempo real




Conclusiones


Realización Software vs realización Hardware (SoC)




Conclusiones


Xilinx System Generator (XSG)




Conclusiones


Objetivo

Biblioteca de procesado de imágenes de XSG1 Basada en convolución de 5×52 Arquitectura MAC de 5 píxeles de entrada3 Configuración ⇒Selección del núcleo (kernel) de convolución

ObjetivoBiblioteca de DIP en escala de grises para XSGConfigurabilidadAgregue otros tipos de procesado




Conclusiones

Flujo de diseño con XSGBloques de procesadoDIP con XSGImgLib

Flujo de diseño con XSGSistema de procesado de imágenes




Conclusiones


Flujo de diseño con XSGSubsistema de entrada/salida




Conclusiones


Flujo de diseño con XSG para DIPSubsistema de procesado. Unidad de paralelización




Conclusiones


Flujo de diseño con XSG para DIPSubsistema de procesado. Unidad de procesado




Conclusiones


Flujo de diseño con XSG para DIPCo-simulación HW




Conclusiones


XSGImgLib




Conclusiones


Procesado lineal de imágenesResultado del procesado lineal de imágenes




Conclusiones


Procesado lineal de imágenesArquitectura genérica de convolución 2D




Conclusiones


Procesado lineal de imágenesArquitectura específica de convolución 2D




Conclusiones


Comparación de arquitecturasConvolución genérica simétrica vs filtro específico

Bloque Conv. Gen. 3×3 Sim.Filtro Sobel X-Y

Optimización Área Velocidad

Slices 125 176 65

DSP48A 6 6 0

Frecuencia 136.054 MHz 181.389 MHz 361.795 MHz

Consumo de recursos

Recursos lógicos: 17%, 60%Comportamiento temporal

Filt. Vel.: 1.33 vecesFilt. Esp.: 3.20 veces




Conclusiones


Comparación de arquitecturasConvolución de XSG vs convolución genérica simétrica vs filtro específico

Bloque Conv. Gen. Conv. Gen. 5x5 no Sim. Filtro

Optimización XSG 5x5 Área Velocidad Smooth

Slices 381 343 543 318

DSP48A 5 25 25 0

BRAM 5 0 0 0

Frecuencia 27.211 MHz 136.054 MHz 148.214 MHz 210.970 MHz

Consumo de recursos

Recur. lógicos: 10%, 42%, 16%

Multiplicadores: 5 vecesBRAM: 5 bloques

Comportamiento temporal

Filt. Gen: 5 vecesFilt. Smooth: 7 veces




Conclusiones


Sistema de procesado de imágenesSegmentado de imágenes con XSGImgLib

Consumo de recursos

Recursos lógicos: 7.12%Multiplicadores: 17.26%

Comportamiento temporal

Frec. píxel: 33.612 MHzLatencia: 0.183 ms




Conclusiones


Sistema de procesado de imágenesResultado del segmentado de imágenes con XSGImgLib




Conclusiones

Conclusiones

1 Paralelismo de ejecución del hardware.2 XSG como herramienta de desarrollo basada en modelos.3 XSGImgLib biblioteca con funciones básicas y

parametrizables.1 Definición matemática de la operación de convolución 2D.

1 Simetría.2 Precisión.3 Filtros específicos.

2 Algoritmos de ordenamiento.3 Operadores morfológicos.

4 XSGImgLib para el desarrollo de sistemas DIP complejos.




Conclusiones

Recomendaciones

Desarrollar nuevos bloques de procesado.Implementar bloques de control para las señales desincronismo de vídeo.Utilizar nuevas arquitecturas de ordenamiento.Desarrollar bloques básicos en HDL.Implementar sistema con procesador embebido.




Conclusiones

Preguntas del oponentePregunta 1

Pregunta 1

El uso de MATLAB/Simulink con co-simulación hardware medianteXSG genera una latencia en el sistema de procesado de imágenes.¿En qué medida se corresponde esta situación si se utiliza, para elmismo proceso, un DSP y su hardware asociado?




Conclusiones


Co-simulación HW:

Simulación temporal.

Uso DSP:

Procesado secuencial.Tiempo de instrucción.

Bloques MAC en laALU.




Conclusiones


Pregunta 2¿Que repercusión en el procesamiento de imágenes puede tener eluso de filtros IIR en vez de filtros FIR? ¿Reduciría la latencia delsistema esta sustitución?

Bloques de procesado XSGImgLib ⇒ basados en la definiciónmatemática.

Arquitectura totalmente paralela.

Bloque de procesado XSG ⇒ arquitectura MAC de 5 píxelesde entrada (FIR).Utilización de Filtros IIR:

Recursivo (implementación en HW).Reduce el tiempo de la operación a realizar (τop).




Conclusiones


Pregunta 3¿Qué ventajas proporcionan los diseños de la biblioteca XSGImgLibsobre los diseños realizados mediante la programación en lenguajesHDL?

Flujo de diseño basado en modelos:

Desarrollo de sistemas DIP utilizando abstracción de HW.Flujo de diseño rápido.Herramientas para la comprobación funcional de losalgoritmos.

Flujo de diseño convencional:

Optimización de los bloques de procesado.Parametrización de los bloques de procesado.




Conclusiones

Agradecimientos

Muchas gracias



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