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動的再構成可能プロセッサを 　用いた画像処理

動的再構成可能プロセッサを 　用いた画像処理. 　　情報工学科　阿部研究室 　　　　　　 ０４１１１１５　 渡辺 良亮. 発表の流れ. はじめに 動的再構成プロセッサ 画像フィルタ 評価実験と考察 まとめ. はじめに. ディジタル画像は様々な要因により劣化してしまう。 劣化要因等の不要な情報を抑制し、有用な情報を強調する処理などの修正が必要になる。 このような処理は計算に時間がかかる。 近年ではモバイル機器などで画像処理を行うようになり、処理を低コストで高速に行いたいという欲求がある。. はじめに.

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動的再構成可能プロセッサを 　用いた画像処理

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Presentation Transcript

  1. 動的再構成可能プロセッサを　用いた画像処理動的再構成可能プロセッサを　用いた画像処理 　　情報工学科　阿部研究室 　　　　　　 ０４１１１１５　 渡辺 良亮

  2. 発表の流れ • はじめに • 動的再構成プロセッサ • 画像フィルタ • 評価実験と考察 • まとめ

  3. はじめに • ディジタル画像は様々な要因により劣化してしまう。 • 劣化要因等の不要な情報を抑制し、有用な情報を強調する処理などの修正が必要になる。 • このような処理は計算に時間がかかる。 • 近年ではモバイル機器などで画像処理を行うようになり、処理を低コストで高速に行いたいという欲求がある。

  4. はじめに 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 低速 , 低コスト • 汎用プロセッサ　 • 動的再構成可能プロセッサ • ＦＰＧＡ　 • ＡＳＩＣ 高速 , 高コスト

  5. はじめに • ノイズ除去にはメディアンフィルタと呼ばれる方法があるが、この手法を画像へ施すとぼやけてしまう。 • ぼやけた画像に対してラプラシアンフィルタを施し、エッジ強調を行う。 • 2種類のフィルタを動的再構成可能プロセッサへ実装し、速度とコストの評価を行う。

  6. 動的再構成可能プロセッサ • 動的再構成可能プロセッサ (Dynamically Reconfigurable Processor, DRP) 　　デバイス内部に複数のハードウェアの構成情報を保持し、それを高速に切り替えることで動的に再構成させる技術。 • 実行中の回路を短時間に切り替えることができる。 • 二種類の画像フィルタを切り替えて実装する。

  7. ＤＡＰＤＮＡ－２ • ＤＡＰＤＮＡ－２ ＩＰＦＬＥＸ社の開発したＤＲＰ。 　　 ＲＩＳＣプロセッサＤＡＰと並列処理エンジンＤＮＡから構成される。 • ＤＡＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｒ） ＤＡＰは５段のパイプライン構成をとり、周波数は１６６ＭＨｚ　　　 　　である。 • ＤＮＡ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ） 構成を動的に変更可能なＰＥ(プロセッシングエレメント) マトリックスとその構成情報を記憶するＤＮＡコンフィギュ レーションメモリから構成される。

  8. 動的再構成 １クロックで 再構成可能 バンク を選択 フォアグラウンド・バンクは実際に回路が構成される場所 ＰＥマトリックスに マッピングされる バックグラウンドバンク から回路データをロード

  9. メディアンフィルタ（１） • メディアンフィルタは目的画像の輪郭をなるべくぼかさないようにノイズを除去するよう考えられた手法。 • しかしこの手法はエッジの集中している部分に施すとぼやけてしまうという欠点がある。

  10. メディアンフィルタ（２） 数値はピクセル値。 この場合「１０」というピクセル値だけが他のピクセル値 よりかなり大きい。これはノイズと考えられる。 9つの値の中央値をピクセルの真ん中の値に上書きする。

  11. ラプラシアンフィルタ • ラプラシアンフィルタは画像の先鋭化に使用されるフィルタである。 • 微分演算により画像の輪郭抽出を行いそれを画像に付与する。

  12. ラプラシアン演算 ３×３のピクセル値を取り出し下図のフィルタ値を中心画素および近傍画素に対して係数として乗算し、和を求め、中心画素に上書きしてやる。 フィルタ値 ピクセル値 出力値 -1×3 -1×3 -1×4 -1×4 +5×6 = 16

  13. 実験方法 • ２５６×２５６画素のノイズ入り画像へフィルタリング処理を行う。 • 開発ツールＤＮＡ Ｄｅｓｉｇｎｅｒを用いて回路を描く。 • それぞれのフィルタ、また動的に切り替えて処理を行ったものの実行時間を計測する。比較として汎用プロセッサＣｏｒｅ２Ｄｕｏ（周波数２．６７ＧＨｚ,メモリ４ＧＢ）に同様の処理を実行させ時間を計測する。

  14. 実験方法：ＤＮＡの記述

  15. 実験方法：フィルタの動的切り替え 回路１ 回路２

  16. 実験結果：ノイズ除去

  17. 実験結果：速度評価

  18. 考察：処理速度について • ＤＡＰＤＮＡ－２の実行時間を見ると、動的再構成させたものは２つのフィルタ処理の時間を足し合わせたもの。動的再構成の時間は１μｓｅｃの精度で無視できることがわかる。 • メディアンフィルタは汎用プロセッサに対して８３．８倍と高速になった。ソート部で差が出ると考えられる。 • 対してラプラシアンフィルタは４．５１倍程度であり、それほど速度向上は見られなかった。

  19. 考察：入出力処理について • ＤＮＡは入力を行っている際に演算や出力を並列的におこなう。 　どちらの処理においても入力がほぼ全体の時間を占めていることが実験からわかった。両アプリケーションとも入力数が同じであるため、両フィルタとも実行時間が同程度となった。

  20. 考察：面積と消費電力について • ＦＰＧＡなどに実装する従来法では、それぞれの処理Ａ，Ｂに回路面積ＳＡ，ＳＢ、計ＳＡ＋ＳＢが必要。 　一方動的再構成することによる面積は 　ｍａｘ｛ＳＡ，ＳＢ｝でよいので面積コストが削減できる。 • 動的に再構成する場合は実行中の回路以外からのリーク電流が存在しない。

  21. まとめと今後の課題 • ノイズ入り画像にメディアンフィルタとラプラシアンフィルタを逐次的に適用することでノイズ除去を行いかつ画像の先鋭化を行った。 • ＤＲＰにそれぞれの処理を行う専用回路を実装し、ＰＥを再構成することで回路を切り替えて処理を行わせた。 • 汎用プロセッサに比べ大きな速度向上が得られた。 • 面積削減、消費電力についても考察した。 • データの入力が実行時間のほぼ全体を占めているため、今後は入出力ポートを増やすなどの改善が考えられる。

  22. ご静聴ありがとうございました

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