|
|
Acceleration Methods for Evolutionary Design of Digital Circuits
Vašíček, Zdeněk ; Miller, Julian (oponent) ; Zelinka,, Ivan (oponent) ; Sekanina, Lukáš (vedoucí práce)
Although many examples showing the merits of evolutionary design over conventional design techniques utilized in the field of digital circuits design have been published, the evolutionary approaches are usually hardly applicable in practice due to the various so-called scalability problems. The scalability problem represents a general problem that refers to a situation in which the evolutionary algorithm is able to provide a solution to a small problem instances only. For example, the scalability of evaluation of a candidate digital circuit represents a serious issue because the time needed to evaluate a candidate solution grows exponentially with the increasing number of primary inputs. In this thesis, the scalability problem of evaluation of a candidate digital circuit is addressed. Three different approaches to overcoming this problem are proposed. Our goal is to demonstrate that the evolutionary design approach can produce interesting and human competitive solutions when the problem of scalability is reduced and thus a sufficient number of generations can be utilized. In order to increase the performance of the evolutionary design of image filters, a domain specific FPGA-based accelerator has been designed. The evolutionary design of image filters is a kind of regression problem which requires to evaluate a large number of training vectors as well as generations in order to find a satisfactory solution. By means of the proposed FPGA accelerator, very efficient nonlinear image filters have been discovered. One of the discovered implementations of an impulse noise filter consisting of four evolutionary designed filters is protected by the Czech utility model. A different approach has been introduced in the area of logic synthesis. A method combining formal verification techniques with evolutionary design that allows a significant acceleration of the fitness evaluation procedure was proposed. The proposed system can produce complex and simultaneously innovative designs, overcoming thus the major bottleneck of the evolutionary synthesis at gate level. The proposed method has been evaluated using a set of benchmark circuits and compared with conventional academia as well as commercial synthesis tools. In comparison with the conventional synthesis tools, the average improvement in terms of the number of gates provided by our system is approximately 25%. Finally, the problem of the multiple constant multiplier design, which belongs to the class of problems where a candidate solution can be perfectly evaluated in a short time, has been investigated. We have demonstrated that there exists a class of circuits that can be evaluated efficiently if a domain knowledge is utilized (in this case the linearity of components).
|
|
|
Hardwarová akcelerace filtrace obrazu
Fiala, Martin ; Martínek, Tomáš (oponent) ; Kořenek, Jan (vedoucí práce)
Obsahem tohoto diplomového projektu je seznámení se s problematikou filtrace obrazu, zejména s teoretickými východisky jejichž původ náleží do teorie lineárních systémů a matematické analýzy funkcí více proměnných. Jsou zde vysvětleny některé přístupy a metody používané při vyhlazování obrazu a při detekci hran v obraze. Pozornost je zaměřena především na mediánový filtr, Sobelův operátor a Laplaceův operátor. Hlavní náplní projektu je diskuze různých přístupů k hardwarové akceleraci filtrace obrazu a návrh časově efektivně pracujících softwarových i hardwarových realizací filtrů v podobě programových funkcí a kombinačních obvodů s využitím teoretických znalostí o časové složitosti algoritmů. Také byly provedeny hardwarová i softwarová implementace jmenovaných filtrů na výukovém přípravku FITkit. Byl změřen čas filtrace všech implementovaných filtrů a výsledky porovnány a analyzovány.
|
|
| |
|
|
Možnosti akcelerace symbolické regrese pomocí kartézského genetického programování
Hodaň, David ; Mrázek, Vojtěch (oponent) ; Vašíček, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato práce je zaměřena na hledání postupů, které by akcelerovaly symbolickou regresi v rámci kartézského genetického programování. Práce přibližuje kartézské genetické programování a jeho využití v úloze symbolické regrese. Zabývá se architekturou SIMD a instrukční sadou SSE a AVX. Práce představuje řadu optimalizačních metod, které vedou k výraznému urychlení evoluce v kartézském genetickém programování. Metoda bitově paralelní simulace používající vektory AVX2 umožňuje paralelně pracovat s 256 vstupními kombinacemi logického obvodu. Obdobně lze využít bajtově paralelní simulaci a pracovat se 32 bajty při evoluci obrazového filtru. Metoda akcelerace pomocí generování nativního kódu výrazně urychluje evaluaci kandidátních řešení. Nová metoda dávkové mutace může zrychlit evoluci kombinačních logických obvodů i tisíckrát v závislosti na velikosti problému. Kombinací zmíněných i dalších metod trvala například evoluce násobiček 5 x 5b v průměru 5,8 vteřin na procesoru Intel Core i5-4590.
|
|
|
Digitální filtry pro obrazová data
Všetička, Václav ; Říha, Kamil (oponent) ; Číka, Petr (vedoucí práce)
Práce je se zabývá filtračními metodami pro úpravu digitálního obrazu. Kdy je potřeba vhodným algoritmem zvýraznit požadovanou informaci z obrazu, nebo naopak potlačit rušivé elementy v obraze. Práce popisuje několik nejzásadnějších filtračních úprav obrazu, které mají nesporné využití v technické i lékařské praxi. Výstupem práce je implementace některých filtrů do prostředí JAVA.
|
|
|
Denoising of Images from Electron Microscope
Holub, Zbyněk ; Kolář, Radim (oponent) ; Odstrčilík, Jan (vedoucí práce)
This master’s thesis is focused on the image denoising of images acquired by transmission electron microscope. Thesis describes principles of TEM image digitizing. It also describes the types of noises, which are the unwanted part of final image and they can damage it. Therefore, filtration methods based on total variation minimizing were chosen and used for TEM image denoising in this thesis. Non-local means filter, chosen for filtration quality comparison, because nowadays this filter is the-state-of-art in denoising methods. Filters were tested on artificially noised images by Gaussian and Poisson noise and also on images from TEM microscope. TEM images were acquired with different electron dose and with different binning. The results of filtration quality are rated by these benchmarks – SNR, PSNR and SSIM. All obtained results are shown in figures and they are discussed in the practical part.
|
|
|
Acceleration Methods for Evolutionary Design of Digital Circuits
Vašíček, Zdeněk ; Miller, Julian (oponent) ; Zelinka,, Ivan (oponent) ; Sekanina, Lukáš (vedoucí práce)
Although many examples showing the merits of evolutionary design over conventional design techniques utilized in the field of digital circuits design have been published, the evolutionary approaches are usually hardly applicable in practice due to the various so-called scalability problems. The scalability problem represents a general problem that refers to a situation in which the evolutionary algorithm is able to provide a solution to a small problem instances only. For example, the scalability of evaluation of a candidate digital circuit represents a serious issue because the time needed to evaluate a candidate solution grows exponentially with the increasing number of primary inputs. In this thesis, the scalability problem of evaluation of a candidate digital circuit is addressed. Three different approaches to overcoming this problem are proposed. Our goal is to demonstrate that the evolutionary design approach can produce interesting and human competitive solutions when the problem of scalability is reduced and thus a sufficient number of generations can be utilized. In order to increase the performance of the evolutionary design of image filters, a domain specific FPGA-based accelerator has been designed. The evolutionary design of image filters is a kind of regression problem which requires to evaluate a large number of training vectors as well as generations in order to find a satisfactory solution. By means of the proposed FPGA accelerator, very efficient nonlinear image filters have been discovered. One of the discovered implementations of an impulse noise filter consisting of four evolutionary designed filters is protected by the Czech utility model. A different approach has been introduced in the area of logic synthesis. A method combining formal verification techniques with evolutionary design that allows a significant acceleration of the fitness evaluation procedure was proposed. The proposed system can produce complex and simultaneously innovative designs, overcoming thus the major bottleneck of the evolutionary synthesis at gate level. The proposed method has been evaluated using a set of benchmark circuits and compared with conventional academia as well as commercial synthesis tools. In comparison with the conventional synthesis tools, the average improvement in terms of the number of gates provided by our system is approximately 25%. Finally, the problem of the multiple constant multiplier design, which belongs to the class of problems where a candidate solution can be perfectly evaluated in a short time, has been investigated. We have demonstrated that there exists a class of circuits that can be evaluated efficiently if a domain knowledge is utilized (in this case the linearity of components).
|
|
|
Nefotorealistické zobrazování
Žilák, Jaroslav ; Bartoň, Radek (oponent) ; Žák, Pavel (vedoucí práce)
Ústředním cílem této práce je kromě úvodu do problematiky nefotorealistického zobrazování, poskytnutí návrhu a možného řešení realizace systému, který toto zobrazování umožňuje ve formě obrazového post-processingu. Popisuje řešení dostatečně flexibilní na to, aby umožňovalo uživateli kromě již vestavěných filtrů, tvořit filtry vlastní a rekurzivně je využívat při tvorbě dalších, nových filtrů, pro tento typ zobrazování. Její součástí je tak i jakýsi manuál, který popisuje základní syntaxi a možnosti tohoto systému.
|
|
|
Odstranění šumu z obrazu
Jurák, Martin ; Svoboda, Pavel (oponent) ; Bařina, David (vedoucí práce)
Digitální obraz je často poškozen šumem. Proto bylo vytvořeno mnoho metod pro jeho odstranění. Tato práce se popisuje a porovnává tři z těchto metod: konvoluční filtry typu dolní propust, bilaterální filtr a prahování koeficientů vlnkové transformace. Konvoluční filtry jsou lineární filtry aplikované na obraz konvolucí. Jejich nevýhodou je, že dochází k rozmazání obrazu. Bilaterární filtr je rozšířením konvolučních filtrů, proto také dochází k rozmazání obrazu, nicméně zachovává hrany. Prahování vlnkových koeficientů je komplexní metoda využívající vlnkovou transformaci pro časově-frekvenční rozklad obrazu, jehož koeficienty jsou prahovány. Nevýhodou této metody je vytvoření artefaktů v obraze. Pro odhad kvality obrazu jsou použity metody PSNR a SSIM.
|
|
|
Hardwarová akcelerace filtrace obrazu
Zelinka, Martin ; Slaný, Karel (oponent) ; Vašíček, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá hardwarovou akcelerací filtrace obrazu s využitím FIR filtrů. Definuje základní pojmy týkající se digitálního obrazu, popisuje princip filtrace a stručně vysvětluje techniky používané při detekci hran v obraze a při vyhlazování obrazu. Hlavním cílem práce je rozbor několika metod akcelerace FIR filtrů, které jsou vhodné pro realizaci v hardwaru, a následná implementace vybrané metody s možností změny konfigurace za běhu s ohledem na maximální propustnost. V závěru práce je uvedeno vyhodnocení metody z hlediska propustnosti a provedeno srovnání s optimální softwarovou implementací.
|
host ::
RSS.