ПОВЫШЕНИЕ РЕАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РВС ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЫСТРОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ
Аннотация
Рассматриваются вопросы цифровой обработки изображений больших размерно- стей в реальном масштабе времени с помощью реконфигурируемых вычислительных сис- тем (РВС) на базе ПЛИС. РВС относятся к классу высокопроизводительных многопроцес- сорных вычислительных систем, но при этом обладают программируемой архитектурой, позволяющей конфигурировать структуру вычислительной системы, оптимально под- страивая её под алгоритмы решаемой задачи. В то же время оптимизация вычислитель- ной структуры задачи сводится к разработке и реализации параллельных алгоритмов, соответствующих специфике используемой архитектуры РВС. Всё это позволяет эффек- тивно использовать РВС для решения широкого класса задач цифровой обработки сигна- лов. Предложены способы повышения удельной и реальной производительности РВС при решении задач цифровой обработки изображений с использованием быстрого преобразо- вания Фурье (БПФ). На примере процедуры фильтрации изображений в частотной облас- ти рассмотрены основные вычислительные этапы и способы их оптимизации, основанные на свойствах алгоритма БПФ. Применение оптимизации позволяет существенно сокра- тить как объем вычислений, так и объем задействованных аппаратных ресурсов ПЛИС, и повысить производительность РВС для задач обработки изображений. Освобожденные в результате оптимизации вычислительной структуры ресурсы ПЛИС могут быть исполь- зованы для дополнительного распараллеливания вычислений и ускорения обработки посту- пающих данных. Показаны преимущества представления данных в формате с фиксирован- ной запятой при выполнении расчётов на РВС. Использование фиксированной запятой по- зволяет не только повысить удельную и реальную производительность вычислительной системы по сравнению с плавающей запятой в силу свойств формата, но и использовать произвольную разрядность данных, что является актуальным для большинства задач циф- ровой обработки сигналов. Рассмотрено решение проблемы переполнения разрядной сетки при использовании формата с фиксированной запятой с помощью масштабирования раз- рядности данных.
