Registration Number
0426U000187, Candidate dissertation
Status
Кандидат технічних наук
Date
17-09-2026
popup.evolution
.
Title
Information technology of graphic data processing for processor SIMD architectures
Author
Andrii Shevchenko,
popup.head Pylyp Prystavka
popup.opponent Larysa Myrutenkо
popup.opponent Oleksandr Kuchanskyi
popup.rada
National University «Kyiv Aviation Institute»
Description
Поширення платформ архітектури ARM64 у вбудованих системах, мобільних пристроях та БПЛА зумовлює потребу у високій швидкодії обробки цифрових зображень в умовах обмежених обчислювальних ресурсів і вимог реального часу. Операція згортки є основою більшості алгоритмів обробки зображень і водночас найбільш ресурсомісткою їх складовою, тому підвищення її швидкодії є актуальним науково-технічним завданням. Метою роботи є розроблення інформаційної технології обробки цифрових зображень та відео з використанням швидкодіючої операції згортки для центральних процесорів архітектури ARM64, яка дозволяє в режимі реального часу проводити фільтрацію та масштабування потокового відео на одноплатних комп'ютерах. Об'єктом дослідження є процеси обробки цифрових RGB-зображень операцією згортки на платформах ARM64; предметом — методи, алгоритми та інформаційна технологія векторизованої операції згортки з використанням SIMD-інструкцій ARM64 NEON. Наукова новизна одержаних результатів полягає у такому: уперше розроблено та теоретично обґрунтовано метод швидкодіючої операції згортки для обробки 8-бітних RGB-зображень з використанням 16-бітних цілочисельних операцій, що забезпечує підвищення швидкодії на процесорах ARM64 порівняно з функцією cv::filter2D бібліотеки OpenCV; уперше запропоновано формалізовану нотацію для опису векторизованих обчислень SIMD NEON64, яка дозволяє представляти векторизовану частину коду у вигляді структурованих математичних виразів; удосконалено технологію обробки цифрових зображень шляхом запропонованої інформаційної технології з використанням швидкодіючої операції згортки для архітектури ARM64; набули подальшого розвитку лінійні оператори на основі лінійних комбінацій B-сплайнів — отримано оператори 16-бітних цілочисельних операцій, які гарантують відсутність переповнення при обчисленні векторизованого скалярного добутку. Експериментальні дослідження на одноплатних комп'ютерах Raspberry Pi 4 та Orange Pi 5 Pro для 112 комбінацій параметрів (14 розмірів ядер згортки × 8 роздільностей зображень) показали прискорення до 11,1 раза на Orange Pi 5 Pro та до 10,2 раза на Raspberry Pi 4 порівняно з cv::filter2D, за максимальної абсолютної похибки не більше 1 одиниці на колірний канал 8-бітного RGB-зображення. Досягнуто стабільної швидкодії 26–29 кадрів/секунду при обробці відеопотоку в режимі реального часу. Практичне значення полягає у створенні програмного інструментарію (бібліотека libconv_lib.so на C/C++ з Python-інтерфейсом) для систем бортової обробки даних БПЛА, відеоспостереження та edge-computing. Результати впроваджено у науково-дослідних роботах подвійного призначення, у навчальному процесі, а також у виробничій діяльності ТОВ «ЕЛІСАТ» і ТОВ «ІНСПІРІТО ТІМ». Ключові слова: SIMD, ARM64, NEON64, операція згортки, 16-бітні обчислення, обробка цифрових зображень, векторизація, швидкодія, інформаційна технологія, реальний час, одноплатні комп'ютери, БПЛА.
Registration Date
2026-08-20
popup.nrat_date
2026-08-20 / 2026-10-09
