Η αρχιτεκτονική ARM αποτελεί την πιο δημοφιλή επιλογή για την κατασκευή επεξεργαστών φορητών συσκευών, συνδυάζοντας χαμηλή κατανάλωση ισχύος και υψηλή αποδοτικότητα. Παρά το γεγονός ότι οι ARM επεξεργαστές είναι ως επί το πλείστον γενικού σκοπού, οι embedded software developers δείχνουν εξαιρετικά μεγάλη προτίμηση για την ανάπτυξη λογισμικού επεξεργασίας πολυμέσων σε αυτούς. Οι απαιτήσεις των εφαρμογών αυτών είναι πολύ υψηλές, δεδομένου ότι βρισκόμαστε στην εποχή της υψηλής ανάλυσης. Σε αυτήν την «οικογένεια» εφαρμογών ανήκει ο αλγόριθμος Projective Transformation, ο οποίος αφορά τη χωρική παραμόρφωση εικόνων. Το υψηλό υπολογιστικό του κόστος, όμως, αποτελεί τροχοπέδη για την ανάπτυξη γρήγορων εφαρμογών, οι οποίες δύνανται να παρουσιάσουν αποτελέσματα με μεγάλη ακρίβεια. Σε αυτή τη μάχη μεταξύ ακρίβειας και ταχύτητας, οι embedded software developers έχουν «σύμμαχο» την παράλληλη εκτέλεση πράξεων που επιτυγχάνεται με τη χρήση εντολών SIMD.
Σε αυτήν την εργασία παρουσιάζεται εκτεταμένα η αρχιτεκτονική ARM. Γίνεται αναφορά στα κυριότερα χαρακτηριστικά της και αναλύονται τρόποι εκμετάλλευσης αυτών των χαρακτηριστικών (π.χ. μονάδα ΝΕΟΝ) για την ανάπτυξη εφαρμογών πολυμέσων. Επιπλέον, παρουσιάζεται ο αλγόριθμος Projective Transformation, ερευνάται το μαθηματικό του υπόβαθρο και παρουσιάζονται οι προκλήσεις που αναδύονται κατά την προσπάθεια εξισορρόπησης της γρήγορης εκτέλεσης του και της ακρίβειας των αποτελεσμάτων. Τέλος, αναπτύσσεται ο προτεινόμενος αλγόριθμος σε υψηλής ευκρίνειας εικόνες, με τη χρήση των παρεχόμενων -από τη μονάδα NEON- SIMD εντολών και ενός συνόλου εναλλακτικών βελτιστοποιήσεων, που στόχο έχουν την ταχύτερη δυνατή εκτέλεση του, παράγοντας, παράλληλα, τα καλύτερα, όσον αφορά την ποιότητα, αποτελέσματα.
The ARM architecture is the most popular choice for making mobile processors, combining low power consumption and high efficiency. Although the ARM processors are mostly general purpose processors, embedded software developers show extremely high preference for the development of multimedia editing software to them. The requirements of these applications are very high, given that we are in the era of high definition. Projective Transformation algorithm belongs to this application ”family” and deals with the spatial distortion of images. The high computational cost of the algorithm is, however, an obstacle to the rapid development of applications, which are able to show results with great accuracy. In this battle between accuracy and speed, embedded software developers have an ”ally” which is the parallel execution of operations achieved by using SIMD commands.
In this thesis, the ARM architecture is extensively presented. Reference is made to the main features of this architecture and ways of exploiting them (e.g. NEON unit) for the development of multimedia applications are analyzed. In addition, the Projective Transformation algorithm is presented along with the investigation of its mathematical background and the challenges that emerge when trying to balance speed of execution and accuracy of results are shown. Finally, the proposed algorithm is
developed and applied to High Definition images, using the provided -from the NEON unit- SIMD instructions and a set of alternative optimizations. The set of optimizations used aims at the fastest possible execution of the algorithm, producing at the same time the best results in terms of quality.
