informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASBinform-48Research ArticleОБРАБОТКА СИГНАЛОВ, ИЗОБРАЖЕНИЙ, РЕЧИ, ТЕКСТА И РАСПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВSIGNAL, IMAGE, SPEECH, TEXT PROCESSING AND PATTERN RECOGNITIONБЫСТРОЕ ПРОТОТИПИРОВАНИЕ ВСТРАИВАЕМЫХ ПРОГРАММИРУЕМЫХ СИСТЕМ НА ПЛИС ДЛЯ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙRAPID PROTOTYPING OF EMBEDDED PROGRAMMABLE SYSTEMS ON FPGA FOR MULTIMEDIA APPLICATIONSКлюченяВ. В.KliucheniaV. V.vitaly.kliuchenia@gmail.comПетровскийН. А.PetrovskyN. A.nick@petrovsky.euБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarus201529092016031328Copyright © Ключеня В.В., Петровский Н.А., 20162016Ключеня В.В., Петровский Н.А.Kliuchenia V.V., Petrovsky N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/48

Рассматривается процесс быстрого прототипирования мобильных мультимедийных систем трансформационного кодирования изображений по схеме L2L (lossless-to-lossy): сжатие и восстановление изображения как без потерь, так и с контролируемым внесением артефактов. За основу берется отладочный модуль Xilinx ML-401, в качестве основного управляющего ядра используется встроенный софт-процессор MicroBlaze. Процессоры дискретного косинусного преобразования (ДКП) представляются в виде модулей на языке описания аппаратуры VHDL, которые подключаются к софт-процессору MicroBlaze в виде сопроцессора, результат обработки изображений выводится через VGA-интерфейс на экран монитора. Предлагается архитектура рекурсивного процессора вычисления ДКП – обратного ДКП, которая может рассматриваться как базовая при построении кодеров класса L2L.

This paper illustrates rapid prototyping method applied for mobile multimedia systems with L2L (lossless-to-lossy) compression scheme. Debug module Xilinx ML-401 based on the FPGA (Filed Programmable Gate Array) is taken as the basis. Microblaze soft-processor is used as the main control unit. Proposed DCT-IDCT cores are developed using VHDL hardware description language as FSL (Fast Simples Link) coprocessors for Microblaze or standalone PLB (Processor Logical Bus) acceleration peripheral. Result of image processing is displayed on the screen connected via VGA interface. Proposed recursive architecture of DCT-IDCT core can be used as a basis of L2L coder.

ReferencesSpanias, A. Audio Signal Processing and Coding / A. Spanias, T. Painter, V. Atti. – Hoboken : Wiley, 2007. – 486 р.Spanias, A. Audio Signal Processing and Coding / A. Spanias, T. Painter, V. Atti. – Hoboken : Wiley, 2007. – 486 р.Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. – М. : Техносфера, 2005. – 1072 с.Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. – М. : Техносфера, 2005. – 1072 с.A real time image processing subsystem: GEZGIN / N. Ismailoglu [et al.] // Proc. of the 16th Annual AIAA/USU Conf. on Small Satellites. – Logan, 2002. – Vol. SSC02-VIII-3. – P. 10.A real time image processing subsystem: GEZGIN / N. Ismailoglu [et al.] // Proc. of the 16th Annual AIAA/USU Conf. on Small Satellites. – Logan, 2002. – Vol. SSC02-VIII-3. – P. 10.Using FPGA and JAVA in rapid prototyping of a real-time H.264/AVC decoder / A. Petrovsky [et al.] // Zeszyty Naukowe Telekomunikacja i Elektrotechnika. – 2009. – Vol. 2009, № 12. – P. 43–55.Using FPGA and JAVA in rapid prototyping of a real-time H.264/AVC decoder / A. Petrovsky [et al.] // Zeszyty Naukowe Telekomunikacja i Elektrotechnika. – 2009. – Vol. 2009, № 12. – P. 43–55.Suzuki, T. Realization of lossless-to-lossy image coding compatible with JPEG standard by direct-lifting of DCT-IDCT / T. Suzuki, M. Ikehara // 17th IEEE Intern. Conf. on Image Processing (ICIP). – Hong Kong, 2010. – P. 389–392.Suzuki, T. Realization of lossless-to-lossy image coding compatible with JPEG standard by direct-lifting of DCT-IDCT / T. Suzuki, M. Ikehara // 17th IEEE Intern. Conf. on Image Processing (ICIP). – Hong Kong, 2010. – P. 389–392.Vaidyanathan, P.P. The role of lossless systems in modern digital signal processing: A tutorial / P.P. Vaidyanathan, Z. Doğanata // IEEE Trans. Educ. – 1989. – Vol. 32, № 3. – P. 181– 197.Vaidyanathan, P.P. The role of lossless systems in modern digital signal processing: A tutorial / P.P. Vaidyanathan, Z. Doğanata // IEEE Trans. Educ. – 1989. – Vol. 32, № 3. – P. 181– 197.Зотов, В.Ю. Проектирование встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС фирмы Xilinx / В.Ю. Зотов. – М. : Горячая линия – Телеком, 2006. – 520 с.Зотов, В.Ю. Проектирование встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС фирмы Xilinx / В.Ю. Зотов. – М. : Горячая линия – Телеком, 2006. – 520 с.MicroBlaze Processor Reference Guide Embedded Development Kit EDK 14.5 UG081 (v14.5) [Электронный ресурс]. – 2015. – Режим доступа : http://www.xilinx.com/support/ documentation/sw_manuals/mb_ref_guide. pdf. – Дата доступа : 20.06.2015.MicroBlaze Processor Reference Guide Embedded Development Kit EDK 14.5 UG081 (v14.5) [Электронный ресурс]. – 2015. – Режим доступа : http://www.xilinx.com/support/ documentation/sw_manuals/mb_ref_guide. pdf. – Дата доступа : 20.06.2015.Немудров, В. Система-на-кристалле. Проектирование и развитие / В. Немудров, Г. Мартин. – М. : Техносфера, 2004. – 216 с.Немудров, В. Система-на-кристалле. Проектирование и развитие / В. Немудров, Г. Мартин. – М. : Техносфера, 2004. – 216 с.Иванюк, А.А. Проектирование встраиваемых цифровых устройств и систем / А.А. Иванюк. – Минск : Бестпринт, 2012. – 337 с.Иванюк, А.А. Проектирование встраиваемых цифровых устройств и систем / А.А. Иванюк. – Минск : Бестпринт, 2012. – 337 с.Петровский, А.А. Быстрое проектирование систем мультимедиа от прототипа / А.А. Петровский, А.В. Станкевич. – Минск : Бестпринт, 2011. – 412 с.Петровский, А.А. Быстрое проектирование систем мультимедиа от прототипа / А.А. Петровский, А.В. Станкевич. – Минск : Бестпринт, 2011. – 412 с.FPGA-based Implementation of Signal Processing Systems / R. Woods [et al.]. – Chichester : Wiley, 2008. – 364 р.FPGA-based Implementation of Signal Processing Systems / R. Woods [et al.]. – Chichester : Wiley, 2008. – 364 р.Rao, K. Techniques and Standards for Image, Video, and Audio Coding / K. Rao, J. Hwang. – Upper Saddle Rive : Prentice Hall, 1996. – 563 р.Rao, K. Techniques and Standards for Image, Video, and Audio Coding / K. Rao, J. Hwang. – Upper Saddle Rive : Prentice Hall, 1996. – 563 р.Suzuki, T. Integer DCT based on direct-lifting of DCT-IDCT for lossless-to-lossy image coding / T. Suzuki, M. Ikehara // IEEE Trans. Image Process. – 2010. – Vol. 19, № 11. – P. 2958–2965.Suzuki, T. Integer DCT based on direct-lifting of DCT-IDCT for lossless-to-lossy image coding / T. Suzuki, M. Ikehara // IEEE Trans. Image Process. – 2010. – Vol. 19, № 11. – P. 2958–2965.A high-throughput and area-efficient video transform core with a time division strategy / Y.-H. Chen [et al.] // IEEE Trans. VLSI Syst. – 2013. – Vol. PP, № 99. – P. 10.A high-throughput and area-efficient video transform core with a time division strategy / Y.-H. Chen [et al.] // IEEE Trans. VLSI Syst. – 2013. – Vol. PP, № 99. – P. 10.Ключеня, В.В. Модуль вычисления прямого и обратного ДКП для систем сжатия данных / В.В. Ключеня, А.А. Петровский // Труды 16-й Междунар. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (DSPA’2014). – М., 2014. – Т. 2. – С. 642–645.Ключеня, В.В. Модуль вычисления прямого и обратного ДКП для систем сжатия данных / В.В. Ключеня, А.А. Петровский // Труды 16-й Междунар. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (DSPA’2014). – М., 2014. – Т. 2. – С. 642–645.Миано, Д. Форматы и алгоритмы сжатия изображений в действии / Д. Миано. – М. : Триумф, 2003. – 336 с.Миано, Д. Форматы и алгоритмы сжатия изображений в действии / Д. Миано. – М. : Триумф, 2003. – 336 с.Loeffler, C. Practical fast 1-D DCT algorithms with 11 multiplications / C. Loeffler, A. Lightenberg, G. Moschytz // Proc. IEEE Intern. Conf. Acoust., Speech, Signal Process. (ICASSP). – Glasgow, 1989. – Vol. 2. – P. 988–991.Loeffler, C. Practical fast 1-D DCT algorithms with 11 multiplications / C. Loeffler, A. Lightenberg, G. Moschytz // Proc. IEEE Intern. Conf. Acoust., Speech, Signal Process. (ICASSP). – Glasgow, 1989. – Vol. 2. – P. 988–991.Kliuchenia, V. FPGA architecture of DCT processor based lifting steps for real-time embedded applications / V. Kliuchenia // Proc. 11th Intern. Conf. Pattern recognition and information processing (PRIP’2011). – Minsk, 2011. – P. 259–262.Kliuchenia, V. FPGA architecture of DCT processor based lifting steps for real-time embedded applications / V. Kliuchenia // Proc. 11th Intern. Conf. Pattern recognition and information processing (PRIP’2011). – Minsk, 2011. – P. 259–262.White, S.A. Applications of distributed arithmetic to digital signal processing: A tutorial review / S.A. White // IEEE ASSP Mag. – 1989. – Vol. 6, № 3. – P. 4–19.White, S.A. Applications of distributed arithmetic to digital signal processing: A tutorial review / S.A. White // IEEE ASSP Mag. – 1989. – Vol. 6, № 3. – P. 4–19.Fox, T.W. Rapid prototyping of field programmable gate array-based discrete cosine transform approximations / T.W. Fox, L.E. Turner // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. – 2003. – Vol. 2003, № 6. – P. 543–554.Fox, T.W. Rapid prototyping of field programmable gate array-based discrete cosine transform approximations / T.W. Fox, L.E. Turner // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. – 2003. – Vol. 2003, № 6. – P. 543–554.Ключеня, В.В. Выбор оптимальной реализации структурного решения процессора ДКП на распределенной арифметике / В.В. Ключеня, А.А. Петровский // Доклады БГУИР. – 2010. – № 7. – С. 66–75.Ключеня, В.В. Выбор оптимальной реализации структурного решения процессора ДКП на распределенной арифметике / В.В. Ключеня, А.А. Петровский // Доклады БГУИР. – 2010. – № 7. – С. 66–75.Бибило, П.Н. Основы языка VHDL : учеб. пособие / П.Н. Бибило. – 6-е изд. – М. : ЛИБРОКОМ, 2014. – 328 с.Бибило, П.Н. Основы языка VHDL : учеб. пособие / П.Н. Бибило. – 6-е изд. – М. : ЛИБРОКОМ, 2014. – 328 с.Rosinger, H.-P. Connecting customized IP to the microblaze soft processor using the fast simplex link (FSL) channel : Tech. Rep. XAPP 529 / H.-P. Rosinger // [Electronic resource]. – 2004. – Mode of access : http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp529.pdf. – Date of access : 29.06.2015.Rosinger, H.-P. Connecting customized IP to the microblaze soft processor using the fast simplex link (FSL) channel : Tech. Rep. XAPP 529 / H.-P. Rosinger // [Electronic resource]. – 2004. – Mode of access : http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp529.pdf. – Date of access : 29.06.2015.Петровский, Н.А. Процессор обработки изображения на многополосном вейвлетпреобразовании в алгебре кватернионов / Н.А. Петровский // Доклады БГУИР. - 2011. – Т. 61, № 7. – С. 76–82.Петровский, Н.А. Процессор обработки изображения на многополосном вейвлетпреобразовании в алгебре кватернионов / Н.А. Петровский // Доклады БГУИР. - 2011. – Т. 61, № 7. – С. 76–82.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.