Etude d'architectures VLSI numériques parallèles et asynchrones pour la mise en oeuvre de nouveaux algorithmes d'analyse et rendu d'images - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1997

Parallel and asynchronous digital VLSI architectures for the implementation of new image analysis-synthesis algorithms

Etude d'architectures VLSI numériques parallèles et asynchrones pour la mise en oeuvre de nouveaux algorithmes d'analyse et rendu d'images

Frédéric Robin
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 868129

Résumé

Digital visual communication applications are evolving towards the incorporation of new functionalities that go beyond image compression: universal access, content-based interactivity, synthetic-natural hybrid coding. A brief introduction to advanced image coding techniques helps foreseeing the evolution of the computing power and the level of genericity that will be necessary to implement such "second-generation" systems. A synthesis about the evolution of VLSI circuits dedicated to image analysis, compression, and rendering, is presented, and architectural limitations of "media-processors" are identified. This thesis propounds to combine massive parallelism and fine-grain asynchronism, to provide new algorithmic and architectural perspectives for the design of digital VLSI circuits. An introduction to the concepts of asynchronism, at the language, algorithmic, architectural, and VLSI circuit levels allows one to understand better their meanings and potentialities. Starting from the use of functional asynchronism for image morphological filtering, the design of an asynchronous VLSI cellular array is presented, resulting in an 800.000 transistors CMOS 0.5µ prototype circuit. The combination of parallelism and asynchronism is eventually generalized through the definition of a programmable coprocessor architecture for image analysis-synthesis. Original algorithmic examples, based on a mixed SPMD-cellular-associative-dataflow control, illustrate the joint use of several levels of asynchronism. This work demonstrates that relaxing synchronization and sequencing constraints, from the specification to the hardware design of integrated systems, enables one to fully take advantage of the inherent parallelism of such algorithms and of the potentialities of VLSI technologies.
Le contexte des applications de communication visuelle évolue vers l'introduction de fonctionnalités qui dépassent la simple compression d'images: accès universel, interactivité basée-contenu, intégration de contenus hybrides synthétiques-naturels. Une brève introduction au codage avancé d'images permet d'entrevoir l'évolution de la puissance de calcul et de la généricité requises pour l'implémentation de ces systèmes de "deuxième génération". Une synthèse sur l'évolution des circuits VLSI dédiés à l'analyse, la compression et le rendu d'images permet une réflexion sur les limitations architecturales des "processeurs multimédia". Cette thèse propose de combiner le parallélisme massif et l'asynchronisme à grain fin pour apporter de nouvelles perspectives de conception conjointe d'algorithmes et d'architectures VLSI numériques. Une introduction aux différentes notions d'asynchronisme, aux niveaux langage, algorithme, architecture, circuit VLSI, permet de mieux cerner leur sens et les potentiels qu'elles offrent. L'application d'un asynchronisme fonctionnel au filtrage morphologique d'images a abouti à la réalisation d'un réseau VLSI cellulaire asynchrone spécifique comprenant 800.000 transistors en technologie CMOS 0.5µ. La combinaison du parallélisme et de l'asynchronisme est finalement généralisée à travers la définition d'une architecture de coprocesseur programmable pour l'analyse-rendu d'images. L'évaluation de plusieurs primitives algorithmiques originales, basées sur un contrôle mixte SPMD-cellulaire-associatif-flot de données, illustre l'utilisation conjointe de l'asynchronisme à différents niveaux. Ce travail démontre que le relâchement des contraintes de synchronisation et de séquencement, de la spécification à la réalisation matérielle, favorise l'exploitation du parallélisme inhérent aux algorithmes et des potentiels des technologies VLSI.
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Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-00465691 , version 1

Citer

Frédéric Robin. Etude d'architectures VLSI numériques parallèles et asynchrones pour la mise en oeuvre de nouveaux algorithmes d'analyse et rendu d'images. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Ecole nationale supérieure des telecommunications - ENST, 1997. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00465691⟩
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