Einleitung

Bereits seit vielen Jahren wird im Bereich der Film- und Studiotechnik digitale Signalverarbeitung zur Vor- und Nachbearbeitung von Videomaterial eingesetzt. Gerade bei Live-Übertragungen oder im Bereich der Augmented Reality ist die Echtzeitfähigkeit dieser Verarbeitung von essentieller Bedeutung. Aufgrund der damit verbundenen hohen Anforderungen an die Rechenleistung, werden in den rechenintensiven Vor- und Nachbearbeitungsschritten spezielle FPGA-basierte Hardware-Beschleuniger eingesetzt. Als frei programmierbare Chips bieten FPGAs gegenüber normalen DSPs eine höhere Flexibilität. Bei der Verarbeitung von in der Videotechnik üblichen massiv parallelisierbaren Datenströmen überzeugen FPGAs mit ihrer hohen Performanz.

Im Rahmen des Digital Chameleon Projekts soll in Kooperation mit dem Institut für Computergraphik (ICG) der TU-Braunschweig ein bestehender Algorithmus zur Texturretusche von Kleidungsstücken verbessert und mithilfe eines FPGA-basierten Hardware-Beschleunigers echtzeitfähig gemacht werden. Dabei kommt die am IDA im Rahmen des FlexFilm Projekts entwickelte FlexWAFE-Bibliothek zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um eine speziell für Streaming-Daten entworfene Sammlung von Rechen- und Kommunikationseinheiten, die sich vor allem dadurch auszeichnet, dass sie während der Laufzeit schwach reprogrammiert werden kann. Dies ermöglicht einerseits die Realisierung von komplexen Algorithmen und andererseits die effiziente Nutzung der knappen FPGA-Ressourcen.

Das IDA befasst sich im Kontext dieses Projekts mit der Entwicklung einer automatisierten Entwurfs- und Programmierumgebung für die FlexWAFE Bibliothek. Nur so ist es möglich die hochflexiblen FlexWAFE-Komponenten effizient zum Entwurf von Applikationen zu Nutzen. Eine Aufgabe, die bislang manuell geschehen musste. Als Ergebnis soll ein Werkzeug entstehen, welches von der Komplexität einer Hardware-Implementierung und der detaillierten Kenntnis der FlexWAFE-Bibliothek abstrahiert und dem Anwender mit einer Datenfluss-ähnlichen Entwicklungsumgebung unterstützend zur Seite steht. Dieses Werkzeug wird benutzt, um die zu beschleunigenden rechenintensiven Vorverarbeitungschritte des Algorithmus zum Texturretusche mithilfe von FlexWAFE zu implementieren.

Projekt am IDA

Am IDA liegt der Fokus deshalb auf der Entwicklung von Methoden zum effizienten Design schwach programmierbarer Echtzeitsysteme. Die zentralen Aspekte im Projekt Digital Chameleon sind:

• Entwurf eines Datenfluss- und Komponentenmodells mit denen der Ressourcenbedarf und das Zeit- sowie Kommunikationsverhalten von Komponenten untereinander und zum Speicher modelliert wird. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Kommunikation mit dem Speicher, der sich in lokalen und externen Speicher aufteilt und als potentiell gemeinsam genutzte Ressource besonderer Aufmerksamkeit bedarf. Aber auch die Kommunikation und Synchronisation der einzelnen Komponenten untereinander soll berücksichtigt werden.

• Entwurf eines Applikationsmodells, welches zukünftig als Eingabeschnittstelle von Applikationen dienen soll. Es sollen Struktur und Steuerung einer Applikation erfasst werden. Mithilfe einer GUI soll eine Abbildung auf das Datenfluss- und Komponentenmodell realisiert werden.

• In einem Analyseschritt sollen zunächst die Schnittstellen der Komponenten des Applikationsmodells auf syntaktische Konsistenz geprüft werden. Eine semantische Analyse leitet aus dem Komponentenmodell und dem Kommunikationsverhalten die zur Realisierung benötigten Ressourcen sowie die Pufferspeicher und Synchronisation ab. Dabei wird ein Kompositions-basierter Analyseansatz verfolgt, wie er bereits erfolgreich im SymTA/S Projekt zum Einsatz kommt.

• Erweiterung von FlexWAFE um die für die Texturretusche fehlenden Komponenten.

Weiterhin besteht eine enge Zusammenarbeit mit dem ebenfalls am IDA durchgeführten Flexelerator Projekt im Bereich der Steuerung und Synchronisation von schwach programmierbaren, heterogenen Systemen.

Beteiligte am IDA

Daniel Thiele

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft