FPGA-based Architecture for Image Processing using Convolutional Neural Networks

DOI: 10.35598/mcfpga.2023.015

FPGA-based Architecture for Image Processing using Convolutional Neural Networks
Valeriia Chumak, Vitaly Tsivinskyi

V International Scientific and Practical Conference Theoretical and Applied Aspects of Device Development on Microcontrollers and FPGAs (MC&FPGA-2023), Kharkiv, Ukraine, 2023, pp. 44-46.

Date of Conference: 22–23 June 2023

Abstract

This article explores the architecture of FPGA-based Convolutional Neural Networks (CNN) for image processing. It examines the key characteristics of FPGA platforms and their impact on the performance and efficiency of CNN implementation. Special attention is given to hardware optimization, including the use of specialized blocks and algorithmic optimizations. The article also discusses interfaces and interactions with other system components, as well as software aspects for the development, debugging, and integration of FPGA-based CNNs. Examples of applications in medical imaging, automotive industry, video surveillance, and other fields are provided. This article provides an overview of the architecture and optimization of FPGA-based CNNs for image processing, highlighting their potential in various computer vision applications.

Keywords: applications, architecture, CNN, FPGA, hardware, image processing, interfaces, software.

Full Text:   PDF

References

1. V. Semenets, V. Chumak, I. Svyd, O. Zubkov, O. Vorgul, N.a Boiko. Designing the Structure of a General-Purpose Telemedicine Complex. // III International Scientific and Practical Conference Theoretical and Applied Aspects of Device Development on Microcontrollers and FPGAs (MC&FPGA), Kharkiv, Ukraine, 2021, pp. 47-48, doi: 10.35598/mcfpga.2021.016.
2. В.С. Чумак, И.В. Свид. Перспектива использования продукта FPGA в медицинских системах. // ХІІІ Міжнародна науково-практична конференція магістрантів та аспірантів «Теоретичні та практичні дослідження молодих науковців» (19–22 листопада 2019 року): матеріали конференції. – Харків : НТУ «ХПІ», 2019. – С. 288-289.
3. Луценко О. В. Використання FPGA для реалізації штучної нейронної мережі / О. В. Луценко, В. С. Чумак // Автоматизація, електроніка та робототехніка. Стратегії розвитку та інноваційні технології : матеріали ІV форуму, 24–25 листопада 2022 р. – Харків : ХНУРЕ, 2022. – С. 26-27.
4. Чумак В. С. Реализация структуры нейронных сетей на FPGA / Чумак В.С., Свид І.В. // Наука, технології, інновації: тенденції розвитку в Україні та світі: матеріали міжнародної студентської наукової конференції, 17 квітня, 2020 рік. – Харків, Україна: Молодіжна наукова ліга. –Т.2– С. 30-32.
5. Iryna Svyd, Oleksandr Vorgul, Valerii Semenets, Oleg Zubkov, Valeriia Chumak, Natalia Boiko. Special Features of the Educational Component “Design of Devices on Microcontrollers and FPGA”. // II International Scientific and Practical Conference Theoretical and Applied Aspects of Device Development on Microcontrollers and FPGAs (MC&FPGA), Kharkiv, Ukraine, 2020, pp. 55-57. doi: 10.35598/mcfpga.2020.017.
6. Чумак В. С. Применение FPGA при реализации искусственной нейронной сети для информационных систем. Науковий керівник: Свид І. В. // Авіація, промисловість, суспільство : матеріали ІІ Міжнар. наук.-практ. конф., (м. Кременчук, 12 трав. 2021 р.) : у 2 ч. / МВС України, Харків. нац. ун-т внутр. справ, Кременчуц. льотний коледж. – Харків : ХНУВС, 2021. – Ч. 1. – C. 109-111.
7. Кирпота, Ф. В. Алгоритм канні для обробки зображень на FPGA / Ф. В. Кирпота, Я. І. Халімонов, науковий керівник – Чумак В. С. // Науковий простір : аналіз, сучасний стан, тренди та перспективи : матеріали III Всеукр. студ. наук. Конф. – м. Київ, 2023р. – С. 119-120.
8. Чумак, В. С., Аврунін, О. Г., Чугуй, Є. А., & Свид, І. В. (2021). Аналіз принципів побудови телемедичних комплексів широкого призначення. АСУ та прилади автоматики, 177, 80–85.
9. В. Чумак, І. Свид. Створення модуля VHDL-опису при проектуванні цифрових систем на ПЛІС в Xilinx ISE Design Suite. // Перспективні напрямки сучасної електроніки, інформаційних і комп’ютерних систем (MEICS-2019). Тези доповідей на IV Всеукраїнській науково-практичній конференції: 27-29 листопада 2019 р., м. Дніпро. – Дніпро, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Кременчук: ПП Щербатих О. В., 2019. – С. 94-95.
10. O. Zubkov, I. Svyd, O. Maltsev, L. Saikivska. In-circuit Signal Analysis in the Development of Digital Devices in Vivado 2018. First International Scientific and Practical Conference «Theoretical and Applied Aspects of Device Development on Microcontrollers and FPGAs» MC&FPGA-2019, р. 12-13, 2019. Kharkiv, Ukraine, DOI: 10.35598/mcfpga.2019.003.
11. В.С. Чумак, И.В. Свид. Современные тенденции подготовки технических специалистов. Сучасна освіта – доступність, якість, визнання: збірник наукових праць XI Міжнародної науковометодичної конференції, (С. 245-247) 13–14 листопада 2019 року, м. Краматорськ, Україна.
12. I. Svyd, O. Maltsev, L. Saikivska, O. Zubkov. Review of Seventh Series FPGA Xilinx. First International Scientific and Practical Conference «Theoretical and Applied Aspects of Device Development on Microcontrollers and FPGAs» MC&FPGA-2019, July 26-27, 2019. Kharkiv, Ukraine, DOI: 10.35598/mcfpga.2019.008.
13. Чумак В. С. Поточне обчислення двійкового логарифму для ПЛІС Artix-7 та синтезатора Vivado / В. С. Чумак, І. В. Свид, Н. В. Бойко // ІIІ форум «Автоматизація, електроніка та робототехніка. Стратегії розвитку та інноваційні технології» AERT-2021. – Харків, ХНУРЕ, 2021. – С. 54-55.
14. Чумак В.С. Особливості реалізації вузла швидкого перетворення фур’є на пліс архітектури FPGA / В. С. Чумак, І. В. Свид // Радиоэлектроника и молодежь в ХХI веке : материалы 25-го Междунар. молодеж. форума, 20–22 апр. 2021 г. – Харьков : ХНУРЭ, 2021. – Т. 3. – С. 187–188.
15. V. Semenets et al., “Features of the design of a telemedicine complex of a wide profile based on FPGA,” 2021 III International Scientific and Practical Conference Theoretical and Applied Aspects of Device Development on Microcontrollers and FPGAs, 2021. doi: 10.35598/mcfpga.2021.014.