FlexWAFE - an Architecture for Reconfigurable Image Processing Systems

do Carmo Lucas, Amilcar

Kürzlich gab es eine Zunahme der Nachfrage nach hochauflösenden digitalen Medieninhalten in den Kino- und Fernsehenindustrien. Derzeit vorhandene Systeme entsprechen nicht den Anforderungen, oder sind zu teuer. Neue Hardware-Systeme und neuer Programmiertechniken sind erforderlich, um den hochauflösenden, hochwertigen, Bildanforderungen zu genügen und Kosten zu verringern. Die Industrie sucht eine flexible Architektur zur Ausführung mehrerer Anwendungen auf Standard-Komponenten, mit reduzierten Entwicklungszeiten. Bis jetzt ist gängige Praxis, spezialisierten Architektur und Systeme zu entwickeln, die eine einzelne Anwendung zielen. Dieses hat wenig Flexibilität und führt zu hohe Entwicklungskosten, jede neue Anwendung ist fast von Grund auf neu konzipiert. Unser Fokus war es, eine für Bild Verarbeitung geeignet Architektur zu entwickeln dass die Flexibilität hat mehrere Anwendungen an dieselbe FPGA-basierte Hardware-Plattform zu laufen. Die Neuheit in unserem Ansatz ist, dass wir Teile der Architektur zur Laufzeit rekonfigurieren, aber, ohne das Zeit und constraints strafe von FPGA Partielle-Rekonfiguration-Techniken. Die Architektur verwendet eine hierarchische Kontrollstruktur, die zur parallel Verarbeitung gut geeignet ist, und Single-Cycle-Latenz Rekonfiguration von Teilen der Verarbeitungs-Pipeline ermöglicht. Dieses wird unter Verwendung relativ weniger Ressourcen für die verteiltes Steuerung Strukturen erzielt. Um das entwickelte Architektur zu testen ein komplexer Film-Korn-Rauschunterdrückung Algorithmus wurde auf einer von Thomson-Grass Valley entwickelt standard Hardware-Plattform umgesetzt. Das System erfüllt alle Anforderungen und hatte sehr wenig Last auf den hierarchischen Kontrollstrukturen, es gibt viel Wachstum Spielraum für viel kompliziertere Steuerunganforderungen. Die Architektur ist zu anderen Hardwareplattformen portiert worden, und andere Anwendungen wurden ebenfalls implementiert. Der Laufzeitreconfigurability ist ein Schlüsselfaktor im Erfolg des FlexWAFE gewesen.

Recently there has been an increase in demand for high-resolution digital media content in both cinema and television industries. Currently existing equipment does not meet the requirements, or is too costly. New hardware systems and new programming techniques are needed in order to meet the high-resolution, high-quality, image requirements and reduce costs. The industry seeks a flexible architecture capable of running multiple applications on top of standard off-the-shelf components, with reduced development time. Until now, standard practice has been to develop specialized architectures and systems that target a single application. This has little flexibility and leads to high developments costs, every new application is designed almost from scratch. Our focus was to develop an architecture that is suited to image stream processing and has the flexibility to run multiple applications using the same FPGA-based hardware platform. The novelty in our approach is that we reconfigure parts of the architecture at run-time, but without incurring in the time and added constraints penalty of FPGA-partial-reconfiguration techniques. The architecture uses a hierarchical control structure that is well suited to parallel processing, and allows single cycle latency reconfiguration of parts of the processing pipeline. This is achieved using relatively little resources for the distributed control structures. To test the developed architecture a complex film-grain noise reduction algorithm was implemented on an off-the-shelf hardware platform developed by Thomson-Grass Valley. The system meet all the requirements and had very little load on the hierarchical control structures, there is growth headroom for much complexer control demands. The architecture has been ported to other hardware platforms, and other applications have been implemented as well. The run-time reconfigurability has proven to be a key factor in the success of the FlexWAFE.

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do Carmo Lucas, Amilcar: FlexWAFE - an Architecture for Reconfigurable Image Processing Systems. 2012.

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