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Diseño de la arquitectura de un extractor de endmembers de imágenes hiperespectrales sobre un FPGA en tiempo real
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-11-27) Luis Peña, Christian Jair; Cano Salazar, Christian Enrique
El presente trabajo consiste en el dise˜no hardware de un extractor de endmembers para im´agenes hiperespectrales en tiempo real empleando el algoritmo N-FINDR. Para comprobar la efeciencia de la arquictectura se utiliz´o la imagen hiperespectral Cuprite la cual tiene un tama˜no de 350 350 y fue capturada por el sensor aerotransportado AVIRIS, el cual escanea una columna de 512 p´ıxeles en 8.3ms. Por ende, el procesamiento de la referida imagen se realizar´a en menos de 1.98 segundos para alcanzar el tiempo real. En primer lugar, el algoritmo fue analizado por medio del entorno de programaci´on MATLAB® con el fin de identificar los procesos m´as costosos computacionalmente para optimizarlos. Adem´as, se realiz´o el estudio de una nueva forma de eliminaci´on de pixeles en el an´alisis por medio de un pre-procesamiento con la intenci´on de reducir el tiempo de ejecuci´on del algoritmo. Posteriormente, se analiz´o el proceso m´as costoso computacionalmente y se propuso un dise˜no algor´ıtmico para mejorar la velocidad del proceso. En segundo lugar, se realiz´o la s´ıntesis comportamental de la aplicaci´on software con la finalidad de obtener una arquitectura hardware del sistema. La arquitectura fue descrita utilizando el lenguaje de descripci´on de hardware Verilog. Finalmente, el dise˜no se verific´o y valid´o mediante la herramienta ISim de Xilinx, a trav´es del uso de testbenches, realizando la sintesis de la arquitectura dise˜nada sobre un FPGA Virtex 4 utilizado el software ISE de la empresa Xilinx obteniendo una frecuencia de operaci´on estimada de 69.4Mhz, que representa un 64% de mejora, respecto de la referencia [1], llegando a procesar una imagen hiperespectral en 17.98 segundos. Sin embargo, con esta frecuencia no es posible alcanzar el procesamiento en tiempo real esperado utilizando la familia Virtex 4. La arquitectura dise˜nada, fue optimizada utilizando paralelismo de operaciones, lo cual hace que se incremente el ´area de dise˜no, excediendo el l´ımite de slices disponibles en el modelo Virtex 4 utilizando en la referencia [1], por ello se identific´o mediante las hojas de datos de la familia Virtex que el FPGA m´as id´oneo para soportar la arquitectura dise˜nada es la Virtex 7 modelo XC7VX980T que supera los 71,096 slices que requiere la presente arquitectura, obteniendo una frecuencia de operaci´on de 112.819MHz.
Diseño de una arquitectura de un filtro digital de sobre muestreo de imágenes, en factor 2, de acuerdo al formato H.264/SVC sobre FPGA
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012-06-13) Cano Salazar, Christian Enrique
El presente trabajo consiste en la realización del diseño de la arquitectura en hardware de un filtro digital tipo FIR (Respuesta al impulso finito) para sobre muestreo de imágenes de Televisión Digital, de acuerdo al estándar japonés-brasileño H.264/SVC de codificación de video escalable, con una tasa de cuadros mayor o igual a 30 cuadros por segundo (fps) para poder operar en tiempo real en un decodificador/codificador (CODEC). La arquitectura propuesta fue validada primero en software por medio del entorno de programación MATLAB®. La descripción en hardware de la arquitectura diseñada, es decir, la síntesis comportamental del software, se realizó por medio del lenguaje de descripción de hardware VHDL además de ser compatible con los modelos más modernos de FPGA’s (Arreglo de Puertas Programables en Campo) de las familias CYCLONE de la compañía Altera. Para la descripción del diseño realizado en el FPGA, se utilizó el Software Quartus II versión 9.1 sp2 Full Edition, haciendo posteriormente la verificación y validación de dicha descripción mediante el uso de la herramienta de simulación Testbench con el software ModelSim versión 6.5b de Altera. Se optó por la implementación de la arquitectura en un FPGA debido a que para hacer diseños de arquitecturas que van a operar en tiempo real, el FPGA presenta ventajas como el paralelismo de operaciones, el bajo consumo de energía respecto a otros dispositivos además del poder personalizar los recursos del dispositivo con el que se va a trabajar. El paralelismo de operaciones permite obtener una alta velocidad de procesamiento, es decir, alcanzar un menor tiempo de operación para la arquitectura. El bajo consumo de energía es una característica fundamental para equipos portátiles, además que el personalizar los recursos del dispositivo, por ejemplo el tamaño del bus de datos, permite optimizar el uso de los recursos del mismo. La operación fundamental de funcionamiento de la arquitectura diseñada se basa en tener una imagen en menor escala, es decir se parte de una imagen de pequeñas dimensiones, que presenta un tipo de resolución para un tipo de dispositivo A, en este caso se parte de una imagen con resolución QVGA (320 x 240), luego dicha imagen pasará a través del filtro de sobre muestreo con un factor de escala de 2, consiguiendo una imagen con dimensiones mayores la cual puede ser utilizada por un dispositivo B, la imagen obtenida luego de ser filtrada será de resolución VGA (640 x 480). Para realizar el sobre muestreo se utilizó el formato de imagen YCBCR, en lugar del RGB para evitar el alto grado de correlación que se tiene entre los planos en el formato RGB lo que dificulta el proceso de codificación resultando en la reducción de la eficiencia del proceso. El sobre muestreo de la imagen se realiza en forma paralela en los planos de luminancia y en los de cromaticidad, haciendo que el proceso de sobre ii muestreo se lleve a cabo en el menor tiempo posible, lo cual genera una mayor eficiencia en el proceso. Se obtuvo una frecuencia máxima de operación de 221.58 MHz, con lo que se puede llegar a procesar 1036 cuadros por segundo, con lo cual se cumplió el objetivo de poder operar a una tasa mayor de 30 cuadros por segundo (requerimiento de tiempo real). Finalmente, se efectuaron las pruebas correspondientes para la validación de la imagen sobre muestreada en el software MATLAB® respecto a hardware, analizando las matrices resultantes de las imágenes sobre muestreadas que fueron generadas tanto por software como por el hardware.
Revisión sistemática de comparación de modelos de procesos software
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-02-23) Cano Salazar, Christian Enrique; Dávila Ramón, Abraham Eliseo
La crisis del software a nivel mundial caracterizada por la baja calidad de los productos y el incumplimiento de los proyectos ha propiciado a que se tomen iniciativas para mejorar esta situación. En ese contexto los modelos de capacidad y madurez organizacional aparecieron y proliferaron de acuerdo a las necesidades de los colectivos empresariales o la percepción de los que propusieron esos modelos. Lamentablemente, un mercado con una gran diversidad de modelos como CMMI, ISO/IEC 12207, MoProSoft, MPS.Brasil, Agil SPI, ISO/IEC 29110 entre otros; no contribuye a que la industria mejore siendo necesario saber el grado de cobertura que tienen estos modelos para que las empresas que adoptaron o adopten uno, puedan migrar o adoptar otro pues les resulta más conveniente a sus intereses. Los modelos siguen apareciendo en el contexto de las tecnologías de información por lo que tener un esquema sistemático para determinar la cobertura es una necesidad relevante. En esta tesis de maestría se propone evaluar de manera comparada las metodologías o técnicas utilizadas para la comparación de modelos. Para realizar el estudio se utilizó una revisión sistemática de la literatura en bases de datos relevantes. A partir de la revisión se identificó algunas referencias de trabajos de comparación basados en implementaciones, otros de comparación siguiendo un esquema sistemático y manual, y un esquema basado en una representación gráfica denominada Composition Trees (CT). A partir de los modelos analizados se pudo determinar que los modelos pueden ser mejorados y en algunos casos combinados para obtener uno de mejores prestaciones para hacer un análisis comparativo de modelos de manera sistemática con posibilidades de extender a tres o más modelos en el análisis, a trabajar de manera bidireccional en la comparación y calcular de una manera sencilla la cobertura de ambos modelos.