Σχεδίαση συστήματος εξαγωγής ακμών εικόνας σε πραγματικό χρόνο, με κώδικα σε γλώσσα περιγραφής υλικού και υλοποίηση στο σύστημα PYNQ-Ζ1

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σκοπό την υλοποίηση εφαρμογής ανίχνευσης ακμών σε πραγματικό χρόνο, μέσω του φίλτρου Sobel, με χρήση της πλακέτας PYNQ-Z1 της εταιρίας Xilinx. Για την υλοποίηση, η είσοδος υψηλής ανάλυσης HDMI της πλακέτας δέχεται video από μία συσκευή με έξοδο HDMI. Στην συνέχεια, η έγχρωμη εικόνα μετατρέπεται σε εικόνα αποχρώσεων του γκρι, έπειτα παράγονται οι ακμές μέσω του φίλτρου Sobel και τέλος, τα παραγόμενα πλαίσια της ακολουθίας video εξάγονται στην έξοδο υψηλής ανάλυσης HDMI της πλακέτας. Από την έξοδο HDMI της πλακέτας PYNQ-Z1, το video προβάλλεται σε οθόνη, με ρυθμό εξήντα πλαισίων το δευτερόλεπτο. To σύστημα ανίχνευσης ακμών, με το φίλτρο Sobel, σχεδιάζεται σε γλώσσα περιγραφής υλικού VHDL. Για την υλοποίηση του κυκλώματος, γίνεται χρήση του προγραμματιστικού περιβάλλοντος Vivado της εταιρείας Xilinx. Τα κυκλώματα εισόδου και εξόδου του ψηφιακού βίντεο, υλοποιούνται με βαθμίδες IP (intellectualproperty) ώστε το κύκλωμα στην συνέχεια να δοκιμασθείστη διάταξη Zynq 7000 της πλακέτας PYNQ-Z1. Η πλακέτα PYNQ-Z1 αναδεικνύεται σε ένα εύχρηστο εργαλείο σχεδίασης εφαρμογών ψηφιακού βίντεο, με σχετικά χαμηλό κόστος.

The present diploma thesis aims to implement a real-time edge detection application, based on the Sobel filter, using the Xilinx PYNQ-Z1 board. For implementation, the HDMI high-resolution input of the board receives video from a device with HDMI output. The color image is then converted to a grayscale image, then the edges of the image are generated via the Sobel filter, and finally the generated video sequence frames are output to the HDMI display connector of the board. From the HDMI output of the PYNQ-Z1 board, the video is projected on a screen at a rate of sixty frames per second. The edge detection system, with the Sobel filter, is designed using the VHDL hardware description language. To implement the circuit, the Xilinx Vivado programming environment was used, with the appropriate input and output IP blocks, so that the circuit can then be tested with the Zynq 7000 device of the PYNQ-Z1 board.