|
Exploitation of GPU in graphics and image processing algorithms
Jošth, Radovan ; Svoboda, David (referee) ; Trajtel,, Ľudovít (referee) ; Herout, Adam (advisor)
Táto práca popisuje niekoľko vybraných algoritmov, ktoré boli primárne vyvinuté pre CPU procesory, avšak vzhľadom k vysokému dopytu po ich vylepšeniach sme sa rozhodli ich využiť v prospech GPGPU (procesorov grafického adaptéra). Modifikácia týchto algoritmov bola zároveň cieľom nášho výskumu, ktorý bol prevedený pomocou CUDA rozhrania. Práca je členená podľa troch skupín algoritmov, ktorým sme sa venovali: detekcia objektov v reálnom čase, spektrálna analýza obrazu a detekcia čiar v reálnom čase. Pre výskum detekcie objektov v reálnom čase sme zvolili použitie LRD a LRP funkcií. Výskum spektrálnej analýzy obrazu bol prevedný pomocou PCA a NTF algoritmov. Pre potreby skúmania detekcie čiar v reálnom čase sme používali dva rôzne spôsoby modifikovanej akumulačnej schémy Houghovej transformácie. Pred samotnou časťou práce venujúcej sa konkrétnym algoritmom a predmetu skúmania, je v úvodných kapitolách, hneď po kapitole ozrejmujúcej dôvody skúmania vybranej problematiky, stručný prehľad architektúry GPU a GPGPU. Záverečné kapitoly sú zamerané na konkretizovanie vlastného prínosu autora, jeho zameranie, dosiahnuté výsledky a zvolený prístup k ich dosiahnutiu. Súčasťou výsledkov je niekoľko vyvinutých produktov.
|
|
Packet Classification Algorithms
Puš, Viktor ; Lhotka,, Ladislav (referee) ; Dvořák, Václav (advisor)
Tato práce se zabývá klasifikací paketů v počítačových sítích. Klasifikace paketů je klíčovou úlohou mnoha síťových zařízení, především paketových filtrů - firewallů. Práce se tedy týká oblasti počítačové bezpečnosti. Práce je zaměřena na vysokorychlostní sítě s přenosovou rychlostí 100 Gb/s a více. V těchto případech nelze použít pro klasifikaci obecné procesory, které svým výkonem zdaleka nevyhovují požadavkům na rychlost. Proto se využívají specializované technické prostředky, především obvody ASIC a FPGA. Neméně důležitý je také samotný algoritmus klasifikace. Existuje mnoho algoritmů klasifikace paketů předpokládajících hardwarovou implementaci, přesto však tyto přístupy nejsou připraveny pro velmi rychlé sítě. Dizertační práce se proto zabývá návrhem nových algoritmů klasifikace paketů se zaměřením na vysokorychlostní implementaci ve specializovaném hardware. Je navržen algoritmus, který dělí problém klasifikace na jednodušší podproblémy. Prvním krokem je operace vyhledání nejdelšího shodného prefixu, používaná také při směrování paketů v IP sítích. Tato práce předpokládá využití některého existujícího přístupu, neboť již byly prezentovány algoritmy s dostatečnou rychlostí. Následujícím krokem je mapování nalezených prefixů na číslo pravidla. V této části práce přináší vylepšení využitím na míru vytvořené hashovací funkce. Díky použití hashovací funkce lze mapování provést v konstantním čase a využít při tom pouze jednu paměť s úzkým datovým rozhraním. Rychlost tohoto algoritmu lze určit analyticky a nezávisí na počtu pravidel ani na charakteru síťového provozu. S využitím dostupných součástek lze dosáhnout propustnosti 266 milionů paketů za sekundu. Následující tři algoritmy uvedené v této práci snižují paměťové nároky prvního algoritmu, aniž by ovlivňovaly rychlost. Druhý algoritmus snižuje velikost paměti o 11 % až 96 % v závislosti na sadě pravidel. Nevýhodu nízké stability odstraňuje třetí algoritmus, který v porovnání s prvním zmenšuje paměťové nároky o 31 % až 84 %. Čtvrtý algoritmus kombinuje třetí algoritmus se starším přístupem a díky využití několika technik zmenšuje paměťové nároky o 73 % až 99 %.
|
|
Acceleration of Object Detection Using Classifiers
Juránek, Roman ; Kälviäinen, Heikki (referee) ; Sojka, Eduard (referee) ; Zemčík, Pavel (advisor)
Detekce objektů v počítačovém vidění je složítá úloha. Velmi populární a rozšířená metoda pro detekci je využití statistických klasifikátorů a skenovacích oken. Pro učení kalsifikátorů se často používá algoritmus AdaBoost (nebo jeho modifikace), protože dosahuje vysoké úspěšnosti detekce, nízkého počtu chybných detekcí a je vhodný pro detekci v reálném čase. Implementaci detekce objektů je možné provést různými způsoby a lze využít vlastnosti konkrétní architektury, pro urychlení detekce. Pro akceleraci je možné využít grafické procesory, vícejádrové architektury, SIMD instrukce, nebo programovatelný hardware. Tato práce představuje metodu optimalizace, která vylepšuje výkon detekce objektů s ohledem na cenovou funkci zadanou uživatelem. Metoda rozděluje předem natrénovaný klasifikátor do několika různých implementací, tak aby celková cena klasifikace byla minimalizována. Metoda je verifikována na základním experimentu, kdy je klasifikátor rozdělen do předzpracovací jednotku v FPGA a do jednotky ve standardním PC.
|
|
On-line Data Analysis Based on Visual Codebooks
Beran, Vítězslav ; Honec, Jozef (referee) ; Sojka, Eduard (referee) ; Zemčík, Pavel (advisor)
Práce představuje novou adaptabilní metodu pro on-line vyhledávání videa v reálném čase pomocí vizuálních slovníků. Nová metoda se zaměřuje na nízkou výpočetní náročnost a přesnost vyhledání při on-line použití. Metoda vychází z technik využitých u statických vizuálních slovníků. Tyto běžné techniky jsou upraveny tak, aby byly schopné se adaptovat na proměnlivá data. Postupy, které toto u nové metody řeší, jsou - dynamická inverzní frekvence dokumentů, adaptabilní vizuální slovník a proměnlivý invertovaný index. Navržený postup byl vyhodnocen na úloze vyhledávání videa a prezentované výsledky ukazují, jaké vlastnosti má adaptabilní metoda ve srovnání se statickým přístupem. Nová adaptabilní metoda je založena na konceptu plovoucího okna, který definuje, jakým způsobem se vybírají data pro adaptaci a ke zpracování. Společně s konceptem je definován i matematický aparát, který umožňuje vyhodnotit, jak koncept nejlépe využít pro různé metody zpracování videa. Praktické využití adaptabilní metody je konkrétně u systémů pro zpracování videa, kde se očekává změna v charakteru vizuálních dat nebo tam, kde není předem známo, jakého charakteru vizuální data budou.
|
|
Generic Reverse Compilation to Recognize Specific Behavior
Ďurfina, Lukáš ; Šaloun, Petr (referee) ; Zahradnický,, Tomáš (referee) ; Kolář, Dušan (advisor)
Práce je zaměřena na rozpoznávání specifického chování pomocí generického zpětného překladu. Generický zpětný překlad je proces, který transformuje spustitelné soubory z různých architektur a formátů objektových souborů na stejný jazyk na vysoké úrovni. Tento proces se vztahuje k nástroji Lissom Decompiler. Pro účely rozpoznání chování práce zavádí Language for Decompilation -- LfD. LfD představuje jednoduchý imperativní jazyk, který je vhodný pro srovnávaní. Konkrétní chování je dáno známým spustitelným souborem (např. malware) a rozpoznání se provádí jako najítí poměru podobnosti s jiným neznámým spustitelným souborem. Tento poměr podobnosti je vypočítán nástrojem LfDComparator, který zpracovává dva vstupy v LfD a rozhoduje o jejich podobnosti.
|
|
High-Quality Shadow Rendering from Complex Light Sources
Navrátil, Jan ; Sochor, Jiří (referee) ; Navrátil, Jan (referee) ; Zemčík, Pavel (advisor)
V interaktivních aplikacích jsou stíny tradičně zobrazovány s pomocí algoritmu založeným na stínových mapách. Nevýhodou toho algoritmu je, že stínová mapa, reprezentovaná texturou, má pouze omezené rozlišení. To může vést k nepěkným vizuálním artefaktům objevujících se na hranách stínů. Tato práce představuje postup, který je založen na vylepšené deformaci textury. To umožní zobrazit scénu obsahující složité světelné zdroje, zredukovat artefakty na hranicích stínů a také vylepšit kvalitu stínů bez ohledu na typu scény a její konfiguraci.
|
|
Security of Contactless Smart Card Protocols
Henzl, Martin ; Rosa, Tomáš (referee) ; Staudek, Jan (referee) ; Hanáček, Petr (advisor)
Tato práce analyzuje hrozby pro protokoly využívající bezkontaktní čipové karty a představuje metodu pro poloautomatické hledání zranitelností v takových protokolech pomocí model checkingu. Návrh a implementace bezpečných aplikací jsou obtížné úkoly, i když je použit bezpečný hardware. Specifikace na vysoké úrovni abstrakce může vést k různým implementacím. Je důležité používat čipovou kartu správně, nevhodná implementace protokolu může přinést zranitelnosti, i když je protokol sám o sobě bezpečný. Cílem této práce je poskytnout metodu, která může být využita vývojáři protokolů k vytvoření modelu libovolné čipové karty, se zaměřením na bezkontaktní čipové karty, k vytvoření modelu protokolu a k použití model checkingu pro nalezení útoků v tomto modelu. Útok může být následně proveden a pokud není úspěšný, model je upraven pro další běh model checkingu. Pro formální verifikaci byla použita platforma AVANTSSAR, modely jsou psány v jazyce ASLan++. Jsou poskytnuty příklady pro demonstraci použitelnosti navrhované metody. Tato metoda byla použita k nalezení slabiny bezkontaktní čipové karty Mifare DESFire. Tato práce se dále zabývá hrozbami, které není možné pokrýt navrhovanou metodou, jako jsou útoky relay.
|
|
Methods for class prediction with high-dimensional gene expression data
Šilhavá, Jana ; Matula, Petr (referee) ; Železný, Filip (referee) ; Smrž, Pavel (advisor)
Dizertační práce se zabývá predikcí vysokodimenzionálních dat genových expresí. Množství dostupných genomických dat významně vzrostlo v průběhu posledního desetiletí. Kombinování dat genových expresí s dalšími daty nachází uplatnění v mnoha oblastech. Například v klinickém řízení rakoviny (clinical cancer management) může přispět k přesnějšímu určení prognózy nemocí. Hlavní část této dizertační práce je zaměřena na kombinování dat genových expresí a klinických dat. Používáme logistické regresní modely vytvořené prostřednictvím různých regularizačních technik. Generalizované lineární modely umožňují kombinování modelů s různou strukturou dat. V dizertační práci je ukázáno, že kombinování modelu dat genových expresí a klinických dat může vést ke zpřesnění výsledku predikce oproti vytvoření modelu pouze z dat genových expresí nebo klinických dat. Navrhované postupy přitom nejsou výpočetně náročné. Testování je provedeno nejprve se simulovanými datovými sadami v různých nastaveních a následně s~reálnými srovnávacími daty. Také se zde zabýváme určením přídavné hodnoty microarray dat. Dizertační práce obsahuje porovnání příznaků vybraných pomocí klasifikátoru genových expresí na pěti různých sadách dat týkajících se rakoviny prsu. Navrhujeme také postup výběru příznaků, který kombinuje data genových expresí a znalosti z genových ontologií.
|
|
Optimization of network flow monitoring
Žádník, Martin ; Lhotka,, Ladislav (referee) ; Matoušek, Radomil (referee) ; Sekanina, Lukáš (advisor)
The thesis deals with optimization of network flow monitoring. Flow-based network traffic processing, that is, processing packets based on some state information associated to the flows which the packets belong to, is a key enabler for a variety of network services and applications. The number of simultaneous flows increases with the growing number of new services and applications. It has become a challenge to keep a state per each flow in a network device processing high speed traffic. A flow table, a structure with flow states, must be stored in a memory hierarchy. The memory closest to the processing is known as a flow cache. Flow cache management plays an important role in terms of its effective utilization, which affects the performance of the whole system. This thesis focuses on an automated design of cache replacement policy optimized to a deployment on particular networks. A genetic algorithm is proposed to automate this process. The genetic algorithm generates and evaluates evolved replacement policies by a simulation on obtained traffic traces. The proposed algorithm is evaluated by designing replacement policies for two variations of the cache management problem. The first variation is an evolution of the replacement policy with an overall low number of state evictions from the flow cache. The second variation represents an evolution of the replacement policy with a low number of evictions belonging to large flows only. Optimized replacement policies for both variations are found while experimenting with various encoding of the replacement policy and genetic operators. The newly evolved replacement policies achieve better results than other tested policies. The evolved replacement policy lowers the overall amount of evictions by ten percent in comparison with the best compared policy. The evolved replacement policy focusing on large flows lowers the amount of their evictions two times. Moreover, no eviction occurs for most of the large flows (over 90%). The evolved replacement policy offers better resilience against flooding the flow cache with large amount of short flows which are typical side effects of scanning or distributed denial of service activities. An extension of the replacement policy is also proposed. The extension complements the replacement policy with an additional information extracted from packet headers. The results show further decrease in the number of evictions when the extension is used.
|
|
Optical Measurement of Electromechanical Characteristics of Heart Cells
Čmiel, Vratislav ; Križanová,, Olga (referee) ; Babula, Petr (referee) ; Provazník, Ivo (advisor)
Dissertation is focused on the application of optical measurement methods using techniques of optical microscopy and fluorescence microscopy in measurements of electromechanical characteristics of isolated cardiac cells and clusters of differentiated cardiomyocytes. The first proposed method uses a practical combination of fluorescence microscopy equipped with fluorescent fast and high-resolution camera and atomic force microscopy for simultaneous measurement of calcium transients and contraction of cardiomyocyte clusters. The signals obtained undergoes filtration, processing and analysis. Result function parameters obtained by analyzing signals after application of caffeine are evaluated by comparison with functional parameters obtained during the control measurement. The second proposed method is applied to the cardiomyocyte clusters for the purpose of cardiomyocyte contraction signals measurement. The signals obtained by optical methods are analyzed and compared with the reference signal obtained using atomic force microscopy. Optical measurement method of cell contractins based on detection of cell ends using adjusting of microscopy images by re-sharpening and fluorescence method for cardiomyocyte contractions measurements were designed to increase realiability in simultaneous measurement of cell contractions simultaneously with calcium transients in isolated cardiomyocytes experiments.
|
guest ::
