As inovações tecnológicas têm propiciado transformações nas formas de interação e, principalmente, na comunicação entre as pessoas. Os avanços nas áreas de tecnologia da informação e comunicações abriram novos horizontes para a criação de demandas até então não existentes. Nesse contexto, a utilização de vídeo digital de alta definição para aplicações de tempo real ganha ênfase. Entretanto, os desafios envolvidos na manipulação da quantidade de informações necessárias à sua representação, fomentam pesquisas na indústria e na academia para minimizar os impactos sobre a largura de banda necessária para transmissão e/ou no espaço para o seu armazenamento. Para enfrentar esses problemas diversos padrões de compressão de vídeo têm sido desenvolvidos sendo que, nesse aspecto, o padrão H.264/AVC é considerado o estado da arte. O padrão H.264/AVC introduz ganhos significativos na taxa de compressão, em relação a seus antecessores, porém esses ganhos vêem acompanhados pelo aumento na complexidade computacional das ferramentas aplicadas como, por exemplo, a Codificação Aritmética Binária Adaptativa ao Contexto (CABAC). A complexidade computacional relacionado ao padrão H.264/AVC é tal que torna impraticável sua execução em software (para operar em um processador de propósito geral, ao menos para nos disponíveis atuais) com a finalidade de realizar a codificação ou decodificação em tempo real para sequências de vídeo de alta definição. Esta dissertação apresenta uma arquitetura de hardware para o processo de decodificação do CABAC, conforme especificação do padrão H.264/AVC. Tendo o objetivo de contribuir para a resolução de alguns dos problemas relacionados à tarefa de decodificação de vídeo de alta definição em tempo real. Para isso, apresenta-se uma introdução sobre conceitos fundamentais da compressão de dados e vídeo digital, além da discussão sobre as principais características do padrão H.264/AVC. O conjunto de algoritmos presentes no CABAC e o fluxo de decodificação do CABAC são descritos em detalhes. Para fundamentar as decisões de projeto um vasto conjunto de experimentos foi realizado para analisar o comportamento do bitstream durante o processo de decodificação do CABAC. A arquitetura de hardware proposta e desenvolvida é apresentada em detalhes, tendo seu desempenho comparado com outras propostas encontradas na literatura. Os resultados obtidos mostram que a arquitetura desenvolvida é eficaz em seu objetivo, pois atinge a capacidade de processamento de vídeos em alta definição (HD1080p) em tempo real. Além disso, os experimentos realizados deram origem a observações inovadoras, que permitiram determinar os pontos chave para minimizar os gargalos inerentes ao conjunto de algoritmos que compõe o CABAC. / The technological innovations of recent decades have brought changes in the forms of human interaction especially in communication area. Advances in the areas of information technology and communications opened new horizons for creating demands non-existent so far. In this scenario the high-definition digital video for real-time applications has gained emphasis for this context. However, the challenges involved in handling the amount of information necessary for its representation, promoting research in industry and academia to minimize the impact on the bandwidth needed for transmission and / or the space for the storage. To address those problems several video compression standards have been developed and the H.264/AVC standard is the state-of-the-art. The H.264/AVC standard introduces significant gains in compression rate, compared to its predecessors. These gains are obtained by an increase in computational complexity of the techniques used, such as the CABAC. The computational requirements of H.264/AVC standard is so strong that make its implementation impractical in software (to operate on a general purpose processor) for the purpose of performing encoding or decoding in real time for high-definition video sequences. This dissertation presents a new CABAD architecture with the implementation in hardware intended to solve the problems related to the task of decoding high-definition video in real time. An introduction to fundamental concepts of data compression and digital video is presented, in addition to discussing the main features of the H.264/AVC standard. The set of algorithms the CABAC and of the CABAD decode flow are described in detail. A wide number of experiments were conducted to identify the static and dynamic behavior of the bitstream to support the design decisions. At the end the developed architecture is examined and compared with other proposals found in literature. The results show that the architecture developed is effective in its purpose to handle high-definition video (HD1080p) in real time. Furthermore, the experiments have led to innovative observations to determine the key points to minimize the bottlenecks inherent in the set of algorithms that make the CABAD.

As inovações tecnológicas têm propiciado transformações nas formas de interação e, principalmente, na comunicação entre as pessoas. Os avanços nas áreas de tecnologia da informação e comunicações abriram novos horizontes para a criação de demandas até então não existentes. Nesse contexto, a utilização de vídeo digital de alta definição para aplicações de tempo real ganha ênfase. Entretanto, os desafios envolvidos na manipulação da quantidade de informações necessárias à sua representação, fomentam pesquisas na indústria e na academia para minimizar os impactos sobre a largura de banda necessária para transmissão e/ou no espaço para o seu armazenamento. Para enfrentar esses problemas diversos padrões de compressão de vídeo têm sido desenvolvidos sendo que, nesse aspecto, o padrão H.264/AVC é considerado o estado da arte. O padrão H.264/AVC introduz ganhos significativos na taxa de compressão, em relação a seus antecessores, porém esses ganhos vêem acompanhados pelo aumento na complexidade computacional das ferramentas aplicadas como, por exemplo, a Codificação Aritmética Binária Adaptativa ao Contexto (CABAC). A complexidade computacional relacionado ao padrão H.264/AVC é tal que torna impraticável sua execução em software (para operar em um processador de propósito geral, ao menos para nos disponíveis atuais) com a finalidade de realizar a codificação ou decodificação em tempo real para sequências de vídeo de alta definição. Esta dissertação apresenta uma arquitetura de hardware para o processo de decodificação do CABAC, conforme especificação do padrão H.264/AVC. Tendo o objetivo de contribuir para a resolução de alguns dos problemas relacionados à tarefa de decodificação de vídeo de alta definição em tempo real. Para isso, apresenta-se uma introdução sobre conceitos fundamentais da compressão de dados e vídeo digital, além da discussão sobre as principais características do padrão H.264/AVC. O conjunto de algoritmos presentes no CABAC e o fluxo de decodificação do CABAC são descritos em detalhes. Para fundamentar as decisões de projeto um vasto conjunto de experimentos foi realizado para analisar o comportamento do bitstream durante o processo de decodificação do CABAC. A arquitetura de hardware proposta e desenvolvida é apresentada em detalhes, tendo seu desempenho comparado com outras propostas encontradas na literatura. Os resultados obtidos mostram que a arquitetura desenvolvida é eficaz em seu objetivo, pois atinge a capacidade de processamento de vídeos em alta definição (HD1080p) em tempo real. Além disso, os experimentos realizados deram origem a observações inovadoras, que permitiram determinar os pontos chave para minimizar os gargalos inerentes ao conjunto de algoritmos que compõe o CABAC. / The technological innovations of recent decades have brought changes in the forms of human interaction especially in communication area. Advances in the areas of information technology and communications opened new horizons for creating demands non-existent so far. In this scenario the high-definition digital video for real-time applications has gained emphasis for this context. However, the challenges involved in handling the amount of information necessary for its representation, promoting research in industry and academia to minimize the impact on the bandwidth needed for transmission and / or the space for the storage. To address those problems several video compression standards have been developed and the H.264/AVC standard is the state-of-the-art. The H.264/AVC standard introduces significant gains in compression rate, compared to its predecessors. These gains are obtained by an increase in computational complexity of the techniques used, such as the CABAC. The computational requirements of H.264/AVC standard is so strong that make its implementation impractical in software (to operate on a general purpose processor) for the purpose of performing encoding or decoding in real time for high-definition video sequences. This dissertation presents a new CABAD architecture with the implementation in hardware intended to solve the problems related to the task of decoding high-definition video in real time. An introduction to fundamental concepts of data compression and digital video is presented, in addition to discussing the main features of the H.264/AVC standard. The set of algorithms the CABAC and of the CABAD decode flow are described in detail. A wide number of experiments were conducted to identify the static and dynamic behavior of the bitstream to support the design decisions. At the end the developed architecture is examined and compared with other proposals found in literature. The results show that the architecture developed is effective in its purpose to handle high-definition video (HD1080p) in real time. Furthermore, the experiments have led to innovative observations to determine the key points to minimize the bottlenecks inherent in the set of algorithms that make the CABAD.

As inovações tecnológicas têm propiciado transformações nas formas de interação e, principalmente, na comunicação entre as pessoas. Os avanços nas áreas de tecnologia da informação e comunicações abriram novos horizontes para a criação de demandas até então não existentes. Nesse contexto, a utilização de vídeo digital de alta definição para aplicações de tempo real ganha ênfase. Entretanto, os desafios envolvidos na manipulação da quantidade de informações necessárias à sua representação, fomentam pesquisas na indústria e na academia para minimizar os impactos sobre a largura de banda necessária para transmissão e/ou no espaço para o seu armazenamento. Para enfrentar esses problemas diversos padrões de compressão de vídeo têm sido desenvolvidos sendo que, nesse aspecto, o padrão H.264/AVC é considerado o estado da arte. O padrão H.264/AVC introduz ganhos significativos na taxa de compressão, em relação a seus antecessores, porém esses ganhos vêem acompanhados pelo aumento na complexidade computacional das ferramentas aplicadas como, por exemplo, a Codificação Aritmética Binária Adaptativa ao Contexto (CABAC). A complexidade computacional relacionado ao padrão H.264/AVC é tal que torna impraticável sua execução em software (para operar em um processador de propósito geral, ao menos para nos disponíveis atuais) com a finalidade de realizar a codificação ou decodificação em tempo real para sequências de vídeo de alta definição. Esta dissertação apresenta uma arquitetura de hardware para o processo de decodificação do CABAC, conforme especificação do padrão H.264/AVC. Tendo o objetivo de contribuir para a resolução de alguns dos problemas relacionados à tarefa de decodificação de vídeo de alta definição em tempo real. Para isso, apresenta-se uma introdução sobre conceitos fundamentais da compressão de dados e vídeo digital, além da discussão sobre as principais características do padrão H.264/AVC. O conjunto de algoritmos presentes no CABAC e o fluxo de decodificação do CABAC são descritos em detalhes. Para fundamentar as decisões de projeto um vasto conjunto de experimentos foi realizado para analisar o comportamento do bitstream durante o processo de decodificação do CABAC. A arquitetura de hardware proposta e desenvolvida é apresentada em detalhes, tendo seu desempenho comparado com outras propostas encontradas na literatura. Os resultados obtidos mostram que a arquitetura desenvolvida é eficaz em seu objetivo, pois atinge a capacidade de processamento de vídeos em alta definição (HD1080p) em tempo real. Além disso, os experimentos realizados deram origem a observações inovadoras, que permitiram determinar os pontos chave para minimizar os gargalos inerentes ao conjunto de algoritmos que compõe o CABAC. / The technological innovations of recent decades have brought changes in the forms of human interaction especially in communication area. Advances in the areas of information technology and communications opened new horizons for creating demands non-existent so far. In this scenario the high-definition digital video for real-time applications has gained emphasis for this context. However, the challenges involved in handling the amount of information necessary for its representation, promoting research in industry and academia to minimize the impact on the bandwidth needed for transmission and / or the space for the storage. To address those problems several video compression standards have been developed and the H.264/AVC standard is the state-of-the-art. The H.264/AVC standard introduces significant gains in compression rate, compared to its predecessors. These gains are obtained by an increase in computational complexity of the techniques used, such as the CABAC. The computational requirements of H.264/AVC standard is so strong that make its implementation impractical in software (to operate on a general purpose processor) for the purpose of performing encoding or decoding in real time for high-definition video sequences. This dissertation presents a new CABAD architecture with the implementation in hardware intended to solve the problems related to the task of decoding high-definition video in real time. An introduction to fundamental concepts of data compression and digital video is presented, in addition to discussing the main features of the H.264/AVC standard. The set of algorithms the CABAC and of the CABAD decode flow are described in detail. A wide number of experiments were conducted to identify the static and dynamic behavior of the bitstream to support the design decisions. At the end the developed architecture is examined and compared with other proposals found in literature. The results show that the architecture developed is effective in its purpose to handle high-definition video (HD1080p) in real time. Furthermore, the experiments have led to innovative observations to determine the key points to minimize the bottlenecks inherent in the set of algorithms that make the CABAD.

Orientador: Sandro Rigo, Guido Araujo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T09:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Albertini_BrunodeCarvalho_M.pdf: 662858 bytes, checksum: 2f20414069e7bee35628c149a740056a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Com o passar do anos, os sistemas digitais estão se tornando cada vez mais complexos, aglutinando processadores de propósito geral com hardware e barramentos especializados em uma única pastilha de silício, devido às restrições de consumo, espaço e desempenho. Para contornar esta complexidade e o curto time-to-market, os projetistas estão adotando novas metodologias de descriçãao de hardware em alto nível baseadas em linguagens de descrição de sistemas como o SystemC. Estas descrições permitem o desenvolvimento e o teste do software cedo, sobre um ambiente simulado, e são mais rápidas de escrever e simular que as descrições em baixo níivel. A desvantagem é a perda da precisão da simulação no que diz respeito aos ciclos de clock, que pode ser ignorada nas fases iniciais de projeto. O ArchC é um projeto do LSC que tem como alvo a geração de simuladores de conjuntos de instruções e outras ferramentas a partir de modelos descritos em uma linguagem similar a SystemC. Os simuladores gerados são compatíveis com SystemC e podem ser compilados com ferramentas gratuitas como GCC. Seguindo os passos da indústria, ele suporta descrições de alto nível com comunicação por chamada de funções (TLM ¿ Modelagem em nível de transações ) desde a versão 2.0. Um problema comum quando se está desenvolvendo hardware especializado usando linguagens de descrição de alto nível é a depuração. A utilização das ferramentas existentes como o GDB (GNU Debugger) não é trivial dado que a biblioteca SystemC passa a fazer parte do simulador quando este é compilado. Propomos uma metodologia de depuração baseada em reflexão computacional de módulos SystemC para gerar dicionários que alimentam um módulo capaz de inspecionar e alterar outros módulos em tempo de execução. No presente trabalho, apresentaremos a ARP, a plataforma de referência do ArchC. Seu público alvo são os arquitetos de projetos baseados em plataformas, fornecendo um ambiente para o desenvolvimento de plataformas utilizando simuladores ArchC e os novos usuários, introduzindo o protocolo de comunicação do ArchC, o SystemC e as metodologias relacionadas ao projeto de plataformas / Abstract: Digital systems are becoming more and more complex through the years, putting general purpose processors together with specialized hardware and buses into the same silicon die, due to power, area and performance constraints. In order to deal with this complexity and a short time-to-market, designers are adopting high level hardware descriptions, based on languages such as SystemC. Those descriptions permit early software development and test under a simulated environment, and are also faster to be coded and simulated than low level descriptions. The tradeoff is the loss of simulation precision regarding clock cycles, that can be ignored in early project phases. ArchC is an architecture description language aiming retargetable instruction set simulator generation described in a SystemC like language. The generated simulator is full SystemC compatible and can be compiled with free available tools, as GNU GCC. Following industry path, it supports high level descriptions with Transaction Level Modeling (TLM) communication capabilities since version 2.0. A common problem when developing specialized hardware using high level description languages is debugging. The use of existing tools like GDB (GNU Debugger) is not straightforward since SystemC library becames part of the executable simulator. We propose a new platform debugging methodology based on computational reflection of SystemC modules to generate a dictionary. This dictionary feeds a special SystemC module capable of inspecting and changing attributes of platform modules at run time. In the present work, the ArchC Reference Platform is introduced. It aims the platform based architects, supplying a framework for platform design using ArchC simulators, introducing ArchC communication protocol, SystemC and platform design methodologies / Mestrado / Arquitetura de Computadores / Mestre em Ciência da Computação

The growing amount of photovoltaic systems in urban environments creates peaks of energy generation in local energy grids. These peaks can lead to unwanted instability in the electrical grid. By aligning solar panels differently, spikes could be avoided. Planning locations for solar panels in urban environments is very time-intense as they require a high spatial and temporal resolution. The aim of this thesis is to investigate the decrease in runtime of planning applications by parallelizing ray-casting algorithms. This thesis includes a software tool for professionals and laymen, which has been developed in a user centered design process and shows ways to perform those calculations on a graphics processing unit.After creating a computational concept and a concept of the software design, those concepts have been implemented starting with an implementation of the Möller-Trumbore ray-casting algorithm which has been run with Python on the central processing unit (CPU). Further the same test with the same algorithm and the same data has been performed on the graphics processing unit (GPU) by using PyCUDA, a Python wrapper for NVIDIAs Compute Unified Device Architecture (CUDA). Both results were compared resulting in, that parallelizing, transferring and performing those calculations on the graphics processing unit can decrease the runtime of a software significantly. In the used system setup, the same calculations were 42 times faster on the Graphics Processing Unit than on the Central Processing Unit. It was also found, that other factors such as the time of the year, the location of the tested points in the data model, the test interval length and the algorithm design of the ray-casting algorithm have a major impact on the performance of such. In the test scenario the processing time for the same case, but just during another time of the year, increases by factor 4.The findings of this thesis can be used in a wide range of software as it shows, that computationally intensive calculations can easily be sourced out from the Python code and executed on another platform. By doing so, the runtime can be significantly decreased and the whole software package can get an enormous speed boost.

Orientador: Rodolfo Jardim de Azevedo / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T21:54:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dangui_SandroCesca_M.pdf: 566039 bytes, checksum: 2efc3ec330aa3bd0ba98ce7ea3cb8ea5 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O crescente aumento da necessidade de se colocar sistemas complexos inteiros dentro de um único chip para atender a demanda de criação de dispositivos cada vez menores, com mais funcionalidades e que precisam ser desenvolvidos cada vez mais rápido, torna necessário o uso de novas metodologias e técnicas de desenvolvimento e validação de sistemas. Barramentos são os elementos que interligam os dispositivos de um sistema. Para se aumentar a eficiência e rapidez no desenvolvimento de sistemas simulados, existe a necessidade do desenvolvimento de mecanismos que facilitem a criação, o uso e o teste de barramentos. Esse trabalho propõe um framework, modelado em alto nível (TLM) e baseado na linguagem SystemC, para auxiliar a criação de simuladores de barramentos. Esse trabalho descreve, detalhadamente, todas as classes e interfaces que compõem o framework proposto. Quatro barramentos, AMBA, Avalon, Wishbone e Coreconnect, foram estudados e são descritos nesse documento. Para dois dos barramentos estudados, AMBA-AHB e Avalon, foram desenvolvidos simuladores baseados no framework proposto. Como os simuladores para os barramentos AHB e Avalon são completamente funcionais e executáveis, esse trabalho também descreve, demonstra e analisa os resultados de experimentos executados com ambos os barramentos / Abstract: The system-on-chip era is creating new challenges to the system design. There is an increasing demand for smaller electronic devices with more features and reduced time to market. To face these new challenges is necessary to introduce new methodologies and development techniques. Buses are important elements for connecting devices in a complex system. To increase the efficiency and speed of systems development, it is important to introduce new mechanisms to help the creation and tests of buses. This document presents a framework based on SystemC language and implemented using the transaction level modeling (TLM). The framework goal is to help designers to create bus simulators. This document describes in detail all framework classes and interfaces. Four buses, Wishbone, Coreconnect, AMBA and Avalon are described along the text. Two specific buses, AMBA-AHB and Avalon, were fully implemented and have executable simulators. Tests were performed using these simulators, the test results and analysis are described in the end of this document / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia de Computação

In the first part of the dissertation, we provide an extensive overview of sub-6 GHz wireless access technology known as massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems, highlighting its benefits, deployment challenges, and the key enabling technologies envisaged for 5G networks. We investigate the fundamental issues that degrade the performance of massive MIMO systems such as pilot contamination, precoding, user scheduling, and signal detection. In the second part, we optimize the performance of the massive MIMO system by proposing several algorithms, system designs, and hardware architectures. To mitigate the effect of pilot contamination, we propose a pilot reuse factor scheme based on the user environment and the number of active users. The results through simulations show that the proposed scheme ensures the system always operates at maximal spectral efficiency and achieves higher throughput. To address the user scheduling problem, we propose two user scheduling algorithms bases upon the measured channel gain. The simulation results show that our proposed user scheduling algorithms achieve better error performance, improve sum capacity and throughput, and guarantee fairness among the users. To address the uplink signal detection challenge in the massive MIMO systems, we propose four algorithms and their system designs. We show through simulations that the proposed algorithms are computationally efficient and can achieve near-optimal bit error rate performance. Additionally, we propose hardware architectures for all the proposed algorithms to identify the required physical components and their interrelationships.

À la recherche de ses limites, de son mode de gestion et des orientations pour son développement, sans modèles et sans références claires, le nouveau développement des villes laotiennes dans de tel processus, est mal maîtrisé. Il explicite des difficultés certaines dans la construction des cadres de vie de qualité. Il met aussi en évidence la désolidarisation de la ville par rapport à ses structures primitives composées par ses racines historiques : ses habitants et leurs pratiques, ses centres anciens en tant qu'espaces hérités et référencés. À partir des années 1995 et 2000, espaces ou centres historiques sont modifiés peu à peu parallèlement à l'apparition de nouveaux quartiers, aboutissant à une recomposition spatiale, d'où la difficulté à identifier les centres historiques et à délimiter le territoire urbain lui-même. Les liens entre les villes qui se développent et leurs espaces anciens qui fonctionnaient jusqu'alors comme leurs lieux de référence, de cohérence sociale et de structuration spatiale, sont fragilisés. Les notions de centre historique et d'habitat ancien et le mode d'habiter la ville ont été, pour ainsi dire, altérés, corollairement à l'altération de la notion même de ville. La ville, son espace, ses composants sociaux, politiques et symboliques, en tant que matrice structurante et identitaire, semblent être aujourd'hui reniés ou négligés. À ce constat, développé dans la première partie de la thèse, sont apposés dans la seconde partie les regards introspectifs (dans le fondement culturel et humain qui a forgé les caractéristiques des établissements lao) et rétrospectifs (dans l'histoire et le temps de la construction spatiale) sur l'espace des villes laotiennes. Ces regards permettent de déceler la période qui s'étend entre 1975 et 1990 comme responsable des ruptures. Le redéploiement idéologique du nouveau régime, accompagné de nouveaux dispositifs spatiaux intervenus dans cette période, aurait apporté des transformations importantes dans la perception de la ville et de son histoire, dans la pratique spatiale, dans la manière de gérer et de développer la ville. En négligeant les centres historiques et leurs principes fondateurs, on néglige en même temps les facteurs pédagogiques des espaces hérités. Les pouvoirs publics et les habitants occupaient respectivement l'espace, durant cette période, pour les uns, suivant une projection idéologique de collectivisation des biens, et pour les autres, suivant une pratique d'occupation sans acte d'appropriation. Entre la période où les villes évoluaient sans trop s'écarter de leurs matrices de fondation et les moments où elles se développent dans une profonde recomposition avec difficultés et handicaps, caractérisant la période actuelle, les années 1975 et les années 1980 semblent constituer une période transitoire, illustrée par la notion de " ville absente " et par le phénomène de " squattérisation publique. "La réflexion menée dans cette recherche est de démontrer que les difficultés de la période actuelle sont liées à la période transitoire, que la stratégie de développement urbain et territorial en cours doit probablement être mise en œuvre en revisitant les expériences de ces années transitoires. Ce qui avait été négligé, telles la notion de ville comme composant hérité de l'histoire, la notion de citoyen habitant de la ville, la notion de création, de gestion et de partage des espaces, devraient probablement être replacée au cœur des préoccupations des décideurs et des habitants. Dans ce nouveau contexte régional, c'est aussi en interrogeant ses propres données endogènes ou endogénisées tout au long de l'histoire, que le Laos pourrait constituer ses modèles d'espace et de développement adaptés et durables

Este trabalho apresenta uma arquitetura de hardware, baseada em FPGA (Field-Programmable Gate Array) e com multi-câmeras, para o problema de localização e mapeamento simultâneos - SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) aplicada a sistemas robóticos embarcados. A arquitetura é composta por módulos de hardware altamente especializados para a localização do robô e para geração do mapa do ambiente de navegação em tempo real com features extraídas de imagens obtidas diretamente de câmeras CMOS a uma velocidade de 30 frames por segundo. O sistema é totalmente embarcado em FPGA e apresenta desempenho superior em, pelo menos, uma ordem de magnitude em relaçãoo às implementações em software processadas por computadores pessoais de última geração. Esse desempenho deve-se à exploração do paralelismo em hardware junto com o processamento em pipeline e às otimizações realizadas nos algoritmos. As principais contribuições deste trabalho são as arquiteturas para o filtro de Kalman estendido - EKF (Extended Kalman Filter) e para a detecção de features baseada no algoritmo SIFT (Scale Invariant Feature Transform). A complexidade para a implementaçãoo deste trabalho pode ser considerada alta, uma vez que envolve uma grande quantidade de operações aritméticas e trigonométricas em ponto utuante e ponto fixo, um intenso processamento de imagens para extração de features e verificação de sua estabilidade e o desenvolvimento de um sistema de aquisição de imagens para quatro câmeras CMOS em tempo real. Adicionalmente, foram criadas interfaces de comunicação para o software e o hardware embarcados no FPGA e para o controle e leitura dos sensores do robô móvel. Além dos detalhes e resultados da implementação, neste trabalho são apresentados os conceitos básicos de mapeamento e o estado da arte dos algoritmos SLAM com visão monocular e estéreo / This work presents a hardware architecture for the Simultaneous Localization And Mapping (SLAM) problem applied to embedded robots. This architecture, which is based on FPGA and multi-cameras, is composed by highly specialized blocks for robot localization and feature-based map building in real time from images read directly from CMOS cameras at 30 frames per second. The system is completely embedded on an FPGA and its performance is at least one order of magnitude better than a high end PC-based implementation. This result is achieved by investigating the impact of several hardwareorientated optimizations on performance and by exploiting hardware parallelism along with pipeline processing. The main contributions of this work are the architectures for the Extended Kalman Filter (EKF) and for the feature detection system based on the SIFT (Scale Invariant Feature Transform). The complexity to implement this work can be considered high, as it involves a significant number of arithmetic and trigonometric operations in oating and fixed-point format, an intensive image processing for feature detection and stability checking, and the development of an image acquisition system from four CMOS cameras in real time. In addition, communication interfaces were created to integrate software and hardware embedded on FPGA and to control the mobile robot base and to read its sensors. Finally, besides the implementation details and the results, this work also presents basic concepts about mapping and state-of-the-art algorithms for SLAM with monocular and stereo vision.

In the development of advanced driver assistance systems, computer vision problemsneed to be optimized to run efficiently on embedded platforms. Convolutional neural network(CNN) accelerators have proven to be very efficient for embedded camera platforms,such as the ones used for automotive vision systems. Therefore, the focus of this thesisis to evaluate the efficiency of a CNN on a future embedded heterogeneous processingdevice. The memory size in an embedded system is often very limited, and it is necessary todivide the input into multiple tiles. In addition, there are power and speed constraintsthat needs to be met to be able to use a computer vision system in a car. To increaseefficiency and optimize the memory usage, different methods for CNN layer fusion areproposed and evaluated for a variety of tile sizes. Several different layer fusion methods and input tile sizes are chosen as optimal solutions,depending on the depth of the layers in the CNN. The solutions investigated inthe thesis are most efficient for deep CNN layers, where the number of channels is high.