Implementación sobre FPGA de un algoritmo de compresión de imágenes hiperespectrales bajo el estándar CCSDS 123.0-B-1

A lo largo de la historia, nuestro planeta ha atravesado numerosas y diferentes etapas. Sin embargo, desde finales del cretácico no se vivía un cambio tan rápido como el actual. Y a la cabeza del cambio, nosotros, el ser humano. De igual manera que somos la causa, debemos ser también la solución, y el análisis a gran escala de la tierra está siendo un punto de interés para la comunidad científica en los últimos años. Prueba de ello es que, cada vez con más frecuencia, se lanzan gran cantidad de satélites cuya finalidad es el análisis, mediante fotografías, de la superficie terrestre. Una de las técnicas más versátiles para este análisis es la toma de imágenes hiperespectrales, donde no solo se captura el espectro visible, sino numerosas longitudes de onda. Suponen, eso sí un reto tecnológico, pues los sensores consumen más energía y las imágenes más memoria, ambos recursos escasos en el espacio. Dado que el análisis se hace en tierra firme, es importante una transmisión de datos eficaz y rápida. Por ello creemos que la compresión en tiempo real mediante FPGAs es la solución idónea, combinando un bajo consumo con una alta tasa de compresión, posibilitando el análisis ininterrumpido del astro en el que vivimos. En este trabajo de fin de grado se ha realizado una implementación sobre FPGA, utilizando VHDL, del estándar CCSDS 123. Este está diseñado para la compresión sin pérdida de imágenes hiperespectrales, y permite una amplia gama de configuraciones para adaptarse de manera óptima a cualquier tipo de imagen. Se ha comprobado exitosamente la validez de la implementación comparando los resultados obtenidos con otras implementaciones (software) existentes. Las principales ventajas que presentamos aquí es que se posibilita la compresión en tiempo real, obteniendo además un rendimiento energético muy prometedor. Estos resultados mejoran notablemente los de una implementación software del algoritmo, y permitirán la compresión de las imágenes a bordo de los satélites que las toman.

Codificação compatível de vídeo 3D com o algoritmo HEVC

Esta dissertação apresenta um trabalho sobre codificação de vídeo 3D compatível com vídeo 2D. Tem por base o desenvolvimento de um método para melhorar, no descodificador, a reconstrução de uma vista subamostrada resultante de uma transmissão simulcast usando a norma de codificação de vídeo H.265 (informalmente denominada de High Efficiency Video Coding (HEVC)). Apesar de manter a compatibilidade com vídeo 2D a transmissão simulcast normalmente requer uma taxa de transmissão elevada. Na ausência de ferramentas de codificação 3D adequadas é possível reduzir a taxa de transmissão utilizando compressão assimétrica do vídeo, onde a vista base é codificada com a resolução espacial original, enquanto que a vista auxiliar é codificada com uma resolução espacial menor, sendo sobreamostrada no descodificador. O método desenvolvido visa melhorar a vista auxiliar sobreamostrada no descodificador utilizando informação dos detalhes da vista base, ou seja, as componentes de alta frequência. Este processo depende de transformadas Afim para realizar um mapeamento geométrico entre a informação de alta frequência da vista base de resolução completa e a vista auxiliar de menor resolução. Adicionalmente, de modo a manter a continuidade do conteúdo da imagem entre regiões, evitando artefatos de blocos, o mapeamento utiliza uma malha de triangulação da vista auxiliar aplicado à imagem de detalhes obtida a partir da vista base. A técnica proposta é comparada com um método de estimação de disparidade por correspondência de blocos, sendo que os resultados mostram que para algumas sequências a técnica desenvolvida melhora não só a qualidade objetiva (PSNR) até 2.2 dB, mas também a qualidade subjetiva, para a mesma taxa de compressão global.

Surface waves in mesh synthetic photonic lattices

Eigenmodes and dispersion curves in different configurations of synthetic photonic lattices are studied numerically. Eigenmodes localized on borders between areas with different optical potential are found. Stability of these eigenmodes against potential disturbances of different type is studied.

Modeling of a Heat-Induced Buckling of Plates Using the Mesh-free Method

In the process of engineering design of structural shapes, the flat plate analysis results can be generalized to predict behaviors of complete structural shapes. In this case, the purpose of this project is to analyze a thin flat plate under conductive heat transfer and to simulate the temperature distribution, thermal stresses, total displacements, and buckling deformations. The current approach in these cases has been using the Finite Element Method (FEM), whose basis is the construction of a conforming mesh. In contrast, this project uses the mesh-free Scan Solve Method. This method eliminates the meshing limitation using a non-conforming mesh. I implemented this modeling process developing numerical algorithms and software tools to model thermally induced buckling. In addition, convergence analysis was achieved, and the results were compared with FEM. In conclusion, the results demonstrate that the method gives similar solutions to FEM in quality, but it is computationally less time consuming.

Manutenção da Heterozigosidade em populações de plantas autógamas

Neste trabalho objetivou-se verificar, teoricamente , a possibilidade de manutenção de heterozigotos, em populações de plantas autógamas, na presença e na ausência de seleção dependente de frequência (SDF). Considerou-se apenas um loco com dois alelos. Utilizou-se a dedução algébrica de formulas referentes a alguns modelos de populações e um programa para simular a sucessão das gerações em uma calculadora científica avançada. Comparou-se os resultados do modelo com os dados obtidos experimentalmente por Allard e Workman (1963) e por Harding, Allard e Smeltzer (1966). Os coeficientes de determinação foram 0,9653 e 0,9166 para a primeira e a segunda comparação, respectivamente. Estes coeficientes indicam que o modelo D representa de modo bastante fidedigno as variações observadas em populações experimentais de plantas predominantemente autógamas

Three-dimensional free surface modelling in an unstructured mesh environment for metal processing applications

In the casting of metals, tundish flow, welding, converters, and other metal processing applications, the behaviour of the fluid surface is important. In aluminium alloys, for example, oxides formed on the surface may be drawn into the body of the melt where they act as faults in the solidified product affecting cast quality. For this reason, accurate description of wave behaviour, air entrapment, and other effects need to be modelled, in the presence of heat transfer and possibly phase change. The authors have developed a single-phase algorithm for modelling this problem. The Scalar Equation Algorithm (SEA) (see Refs. 1 and 2), enables the transport of the property discontinuity representing the free surface through a fixed grid. An extension of this method to unstructured mesh codes is presented here, together with validation. The new method employs a TVD flux limiter in conjunction with a ray-tracing algorithm, to ensure a sharp bound interface. Applications of the method are in the filling and emptying of mould cavities, with heat transfer and phase change.

Dynamic fluid-structure interactions using finite volume unstructured mesh procedures

A three-dimensional finite volume, unstructured mesh (FV-UM) method for dynamic fluid–structure interaction (DFSI) is described. Fluid structure interaction, as applied to flexible structures, has wide application in diverse areas such as flutter in aircraft, wind response of buildings, flows in elastic pipes and blood vessels. It involves the coupling of fluid flow and structural mechanics, two fields that are conventionally modelled using two dissimilar methods, thus a single comprehensive computational model of both phenomena is a considerable challenge. Until recently work in this area focused on one phenomenon and represented the behaviour of the other more simply. More recently, strategies for solving the full coupling between the fluid and solid mechanics behaviour have been developed. A key contribution has been made by Farhat et al. [Int. J. Numer. Meth. Fluids 21 (1995) 807] employing FV-UM methods for solving the Euler flow equations and a conventional finite element method for the elastic solid mechanics and the spring based mesh procedure of Batina [AIAA paper 0115, 1989] for mesh movement. In this paper, we describe an approach which broadly exploits the three field strategy described by Farhat for fluid flow, structural dynamics and mesh movement but, in the context of DFSI, contains a number of novel features: a single mesh covering the entire domain, a Navier–Stokes flow, a single FV-UM discretisation approach for both the flow and solid mechanics procedures, an implicit predictor–corrector version of the Newmark algorithm, a single code embedding the whole strategy.

Prediction of cold shuts using an unstructured mesh finite volume code

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Mesh partitioning: A multilevel balancing and refinement algorithm

Multilevel algorithms are a successful class of optimisation techniques which address the mesh partitioning problem. They usually combine a graph contraction algorithm together with a local optimisation method which refines the partition at each graph level. In this paper we present an enhancement of the technique which uses imbalance to achieve higher quality partitions. We also present a formulation of the Kernighan-Lin partition optimisation algorithm which incorporates load-balancing. The resulting algorithm is tested against a different but related state-of the-art partitioner and shown to provide improved results.

Multilevel mesh partitioning for optimising domain shape

Multilevel algorithms are a successful class of optimisation techniques which address the mesh partitioning problem for mapping meshes onto parallel computers. They usually combine a graph contraction algorithm together with a local optimisation method which refines the partition at each graph level. To date these algorithms have been used almost exclusively to minimise the cut-edge weight in the graph with the aim of minimising the parallel communication overhead. However it has been shown that for certain classes of problem, the convergence of the underlying solution algorithm is strongly influenced by the shape or aspect ratio of the subdomains. In this paper therefore, we modify the multilevel algorithms in order to optimise a cost function based on aspect ratio. Several variants of the algorithms are tested and shown to provide excellent results.

Parallel optimisation algorithms for multilevel mesh partitioning

Abstract not available

Multiphase mesh partitioning

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Automatic generation of portable multi-dimensionally decomposed parallel structured mesh software

Abstract not available

Computer aided parallelisation of unstructured mesh codes

Abstract not available