|
|
Acceleration Methods for Evolutionary Design of Digital Circuits
Vašíček, Zdeněk ; Miller, Julian (referee) ; Zelinka,, Ivan (referee) ; Sekanina, Lukáš (advisor)
Ačkoliv můžeme v literatuře nalézt řadu příkladů prezentujících evoluční návrh jakožto zajímavou a slibnou alternativu k tradičním návrhovým technikám používaným v oblasti číslicových obvodů, praktické nasazení je často problematické zejména v důsledku tzv. problému škálovatelnosti, který se projevuje např. tak, že evoluční algoritmus je schopen poskytovat uspokojivé výsledky pouze pro malé instance řešeného problému. Vážný problém představuje tzv. problém škálovatelnosti evaluace fitness funkce, který je markantní zejména v oblasti syntézy kombinačních obvodů, kde doba potřebná pro ohodnocení kandidátního řešení typicky roste exponenciálně se zvyšujícím se počtem primárních vstupů. Tato disertační práce se zabývá návrhem několika metod umožňujících redukovat problem škálovatelnosti evaluace v oblasti evolučního návrhu a optimalizace číslicových systémů. Cílem je pomocí několika případových studií ukázat, že s využitím vhodných akceleračních technik jsou evoluční techniky schopny automaticky navrhovat inovativní/kompetitivní řešení praktických problémů. Aby bylo možné redukovat problém škálovatelnosti v oblasti evolučního návrhu číslicových filtrů, byl navržen doménově specifický akcelerátor na bázi FPGA. Tato problematika reprezentuje případ, kdy je nutné ohodnotit velké množství trénovacích dat a současně provést mnoho generací. Pomocí navrženého akcelerátoru se podařilo objevit efektivní implementace různých nelineárních obrazových filtrů. S využitím evolučně navržených filtrů byl vytvořen robustní nelineární filtr implusního šumu, který je chráněn užitným vzorem. Navržený filtr vykazuje v porovnání s konvenčními řešeními vysokou kvalitu filtrace a nízkou implementační cenu. Spojením evolučního návrhu a technik známých z oblasti formální verifikace se podařilo vytvořit systém umožňující výrazně redukovat problém škálovatelnosti evoluční syntézy kombinačních obvodů na úrovni hradel. Navržená metoda dovoluje produkovat komplexní a přesto kvalitní řešení, která jsou schopna konkurovat komerčním nástrojům pro logickou syntézu. Navržený algoritmus byl experimentálně ověřen na sadě několika benchmarkových obvodů včetně tzv. obtížně syntetizovatelných obvodů, kde dosahoval v průměru o 25% lepších výsledků než dostupné akademické i komerční nástroje. Poslední doménou, kterou se práce zabývá, je akcelerace evolučního návrhu lineárních systémů. Na příkladu evolučního návrhu násobiček s vícenásobnými konstantními koeficienty bylo ukázáno, že čas potřebný k evaluaci kandidátního řešení lze výrazně redukovat (defacto na ohodocení jediného testovacího vektoru), je-li brán v potaz charakter řešeného problému (v tomto případě linearita).
|
|
|
Hardware Acceleration of Image Filtering
Fiala, Martin ; Martínek, Tomáš (referee) ; Kořenek, Jan (advisor)
This master's thesis contains introduction to image filtration problems, especially to theoretical outlets, whose origin lies in linear systems theory and mathematical function analysis. There are described some approaches and methods which are used to image smoothing and for edge detection in an image. Mainly Sobel operator, Laplace operator and median filter are covered. The main contents of this project is discussion of some approaches of hardware acceleration of image filtering and design of time effective software and hardware implementations of filters in a form of program functions and combinational circuits using theoretical knowledges about time complexity of algorithms. Hardware and software implementation of named filters was done too. For every filter, time of filtration was measured and results were compared and analyzed.
|
|
| |
|
|
Acceleration of Symbolic Regression Using Cartesian Genetic Programming
Hodaň, David ; Mrázek, Vojtěch (referee) ; Vašíček, Zdeněk (advisor)
This thesis is focused on finding procedures that would accelerate symbolic regressions in Cartesian Genetic Programming. It describes Cartesian Genetic Programming and its use in the task of symbolic regression. It deals with the SIMD architecture and the SSE and AVX instruction set. Several optimizations that lead to a significant acceleration of evolution in Cartesian Genetic Programming are presented. A method of a bit-level parallel simulation that uses AVX2 vectors allows to process 256 input combinations of a logic circuit in paralell. Similarly it is possible to use a byte-level parallel simulation and work with 32 bytes when evolving an image filter. A new method of batch mutation can accelerate the evolution of combinational logic circuits thousand times depending on the problem size. For example, using a combination of these and other methods the evolution of 5 x 5b multipliers took 5.8 seconds on average on an Intel Core i5-4590 processor.
|
|
|
Digital filters for image processing
Všetička, Václav ; Říha, Kamil (referee) ; Číka, Petr (advisor)
This work is dedicated to methods for editing the digital image. When you need an suitable algorithm to highlight the desired information from the image, or conversely, suppress disturbing elements in the picture. This work describes a few most basic image editing filters to use common in technical and medical practice. The result of this work are implementing some filters into Java.
|
|
|
Denoising of Images from Electron Microscope
Holub, Zbyněk ; Kolář, Radim (referee) ; Odstrčilík, Jan (advisor)
Tato Diplomová práce je zaměřena na odstranění šumu ze snímků získaných pomocí Transmisního elektronového mikroskopu. V práci jsou popsány principy digitalizace výsledných snímků a popis jednotlivých šumových složek, které vznikají při digitalizaci snímků. Tyto nechtěné složky ovlivňují kvalitu výsledného snímku. Proto byly vybrány filtrační metody založené na minimalizaci totální variace, jejichž principy jsou v této práci popsány. Jako referenční filtrační metoda byla vybrána filtrace pomocí Non-local means filtru. Tento filtr byl vybrán, jelikož v dnešní dobře patří mezi nejvíce využívané metody, které mají vysokou účinnost. Pro objektivní hodnocení kvality filtrací byly použity tyto hodnotící kritéria – SNR, PSNR a SSIM. V závěru této práce, jsou všechny získané výsledky zobrazeny a jsou diskutovány účinnosti jednotlivých filtrační metod.
|
|
|
Acceleration Methods for Evolutionary Design of Digital Circuits
Vašíček, Zdeněk ; Miller, Julian (referee) ; Zelinka,, Ivan (referee) ; Sekanina, Lukáš (advisor)
Ačkoliv můžeme v literatuře nalézt řadu příkladů prezentujících evoluční návrh jakožto zajímavou a slibnou alternativu k tradičním návrhovým technikám používaným v oblasti číslicových obvodů, praktické nasazení je často problematické zejména v důsledku tzv. problému škálovatelnosti, který se projevuje např. tak, že evoluční algoritmus je schopen poskytovat uspokojivé výsledky pouze pro malé instance řešeného problému. Vážný problém představuje tzv. problém škálovatelnosti evaluace fitness funkce, který je markantní zejména v oblasti syntézy kombinačních obvodů, kde doba potřebná pro ohodnocení kandidátního řešení typicky roste exponenciálně se zvyšujícím se počtem primárních vstupů. Tato disertační práce se zabývá návrhem několika metod umožňujících redukovat problem škálovatelnosti evaluace v oblasti evolučního návrhu a optimalizace číslicových systémů. Cílem je pomocí několika případových studií ukázat, že s využitím vhodných akceleračních technik jsou evoluční techniky schopny automaticky navrhovat inovativní/kompetitivní řešení praktických problémů. Aby bylo možné redukovat problém škálovatelnosti v oblasti evolučního návrhu číslicových filtrů, byl navržen doménově specifický akcelerátor na bázi FPGA. Tato problematika reprezentuje případ, kdy je nutné ohodnotit velké množství trénovacích dat a současně provést mnoho generací. Pomocí navrženého akcelerátoru se podařilo objevit efektivní implementace různých nelineárních obrazových filtrů. S využitím evolučně navržených filtrů byl vytvořen robustní nelineární filtr implusního šumu, který je chráněn užitným vzorem. Navržený filtr vykazuje v porovnání s konvenčními řešeními vysokou kvalitu filtrace a nízkou implementační cenu. Spojením evolučního návrhu a technik známých z oblasti formální verifikace se podařilo vytvořit systém umožňující výrazně redukovat problém škálovatelnosti evoluční syntézy kombinačních obvodů na úrovni hradel. Navržená metoda dovoluje produkovat komplexní a přesto kvalitní řešení, která jsou schopna konkurovat komerčním nástrojům pro logickou syntézu. Navržený algoritmus byl experimentálně ověřen na sadě několika benchmarkových obvodů včetně tzv. obtížně syntetizovatelných obvodů, kde dosahoval v průměru o 25% lepších výsledků než dostupné akademické i komerční nástroje. Poslední doménou, kterou se práce zabývá, je akcelerace evolučního návrhu lineárních systémů. Na příkladu evolučního návrhu násobiček s vícenásobnými konstantními koeficienty bylo ukázáno, že čas potřebný k evaluaci kandidátního řešení lze výrazně redukovat (defacto na ohodocení jediného testovacího vektoru), je-li brán v potaz charakter řešeného problému (v tomto případě linearita).
|
|
|
Non-Photorealistic Rendering
Žilák, Jaroslav ; Bartoň, Radek (referee) ; Žák, Pavel (advisor)
The main purpose of this thesis besides providing the reader with basics of non-photorealistic rendering, is concept and possible solution for system realization, which is capable of this rendering using image post-processing. This thesis describes solution that is sufficiently flexible to support use of integrated filters along with the creation of new ones that can be recursively used to create another filters for this type of rendering. Thus part of this thesis is some kind of manual which provide basic syntax description and possibilities of use.
|
|
|
Image Denoising
Jurák, Martin ; Svoboda, Pavel (referee) ; Bařina, David (advisor)
Digital images are often corrupted by noise. Therefore, a lot of methods were designed for the purpose of denoising images. This paper describes and compares three of these methods: low-pass filters, bilateral filter and wavelet thresholding. Low-pass filters are linear filters applied on image by convolution. Their disadvantage is making images smooth. Bilateral filter is an extension of low-pass filters. It smooths images as well, however it preserves edges. Wavelet thresholding is a more complex method using wavelet transform for time-frequency representation of image whose coefficients are thresholded. The downside of this method is making artifacts in images. The PSNR and SSIM methods are used for measuring image quality.
|
|
|
Hardware-Based Acceleration of Image Filtration
Zelinka, Martin ; Slaný, Karel (referee) ; Vašíček, Zdeněk (advisor)
This bachelor's thesis deals with the hardware-based acceleration of image filtration using FIR filters. Define basic concept about digital image, describes the principle of filtration and briefly explains the techniques used to detect edges in an image and smoothing the image. The main aim of this work is the analysis of several acceleration methods of FIR filters, which are suitable for implementation in hardware, and the subsequent implementation of the selected method with the possibility of configuration changes at runtime with regard to the maximum throughput. In conclusion of this work it is described the evaluation of the method and made compared with the optimal software implementations.
|
guest ::
