processeurs embarqués configurables pour la reproduction de tons

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
PROCESSEURS EMBARQUÉS CONFIGURABLES POUR LA
REPRODUCTION DE TONS
DIANA CAROLINA GIL
DÉPARTEMENT DE GÉNIE INFORMATIQUE ET GÉNIE LOGICIEL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE INFORMATIQUE)
AVRIL 2012
© Diana Carolina Gil, 2012.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
PROCESSEURS EMBARQUÉS CONFIGURABLES POUR LA REPRODUCTION DE TONS
présenté par : GIL Diana Carolina
en vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de :
M. BILODEAU Guillaume-Alexandre, Ph.D., président
M. LANGLOIS J. M. Pierre, Ph.D., membre et directeur de recherche
M. SAVARIA Yvon, Ph.D., membre et codirecteur de recherche
M. BOIS Guy, Ph.D., membre

iii
DÉDICACE
À Alex et à ma famille

iv
REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier mon directeur de recherche, le professeur Pierre Langlois, pour m’avoir
donné la possibilité de travailler avec lui sur un sujet aussi intéressant et à la fine pointe de la
technologie. Sa motivation, son organisation et son inestimable assistance tout au long de ma
maîtrise m’ont aidé considérablement à persévérer et à aller plus au-delà de mes barrières
imaginaires.
J’aimerais aussi remercier mon co-directeur de recherche, le professeur Yvon Savaria, pour avoir
partagé son expertise et m’avoir donné des conseils toujours pertinents. Sa vision et son
expérience en tant que chercheur m’ont aidé à effectuer des analyses approfondies sur le sujet en
question et la recherche en général.
Je tiens à souligner le support de tous les collègues du laboratoire. En particulier, j’adresse ma
gratitude à Shervin Vakili pour sa précieuse collaboration dans la réussite de ces travaux.
Un grand merci à mon mari, Alexander Morante, pour ses constants encouragements, son support
intellectuel et sa patience, malgré mes baisses d’humeur. Je remercie aussi ma famille et mes
amis pour leur soutien moral, toujours opportun.
J’aimerais également adresser mes remerciements envers l’École Polytechnique de Montréal pour
m’avoir accueilli au sein du Département de génie informatique et génie logiciel. De la même
façon, le support financier du Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies
(FQRNT) et du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) a
été grandement apprécié.
Je remercie aussi aux chercheurs qui ont gentiment répondu à mes questions.
Finalement, merci à tous ceux qui, d’une manière ou d’une autre, ont collaboré à la réalisation du
présent travail.
¡Mil gracias!

v
RÉSUMÉ
Les images à grande gamme dynamique (HDR) peuvent capturer les détails d’une scène à la fois
dans les zones les plus claires et les zones ombragées, en imitant les capacités du système visuel
humain. La reproduction de tons (TM) vise à adapter les images HDR aux dispositifs d’affichage
traditionnels.
La première partie de ce travail s’occupe d’une application des algorithmes de reproduction de
tons : l’amélioration du contraste. Nous avons effectué une comparaison de plusieurs méthodes
de pointe d’ajustement du contraste, y compris deux opérateurs de TM. Cette analyse
comparative a été mise en œuvre dans le contexte d’applications de surveillance lorsque les
vidéos sont prises dans des conditions d’éclairage faibles. La qualité de l’image a été évaluée en
utilisant des métriques objectives comme le contraste d’intensités et l’erreur de la brillance, et via
une évaluation subjective. De plus, la performance a été mesurée en fonction du temps
d’exécution. Les résultats expérimentaux montrent qu’une technique récente basée sur une
modification de l’histogramme présente un meilleur compromis si les deux critères sont
considérés.
Les algorithmes de TM imposent habituellement des besoins élevés en ressources de calcul. En
conséquence, ces algorithmes sont normalement implémentés sur des processeurs à usage général
puissants et des processeurs graphiques. Ces plateformes ne peuvent pas toujours satisfaire les
contraintes de performance, de surface, de consommation de puissance et de flexibilité imposées
par le domaine des systèmes embarqués. Même si ces exigences sont souvent contradictoires, les
processeurs à jeu d’instructions spécialisées (ASIP) deviennent une alternative d’implémentation
intéressante. Les ASIP peuvent fournir un compromis entre l’efficacité d’une solution matérielle
dédiée et la flexibilité associée à une solution logicielle programmable.
La deuxième partie de ce mémoire présente la conception et l’implémentation d’un processeur
spécialisé pour un algorithme global de TM. Nous avons analysé l’algorithme entier afin
d’estimer les besoins en données et en calculs. Trois instructions spécialisées ont été proposées :
pour calculer les valeurs de la luminance, du logarithme et de la luminance maximale. En
utilisant un langage de description architecturale, les instructions spécialisées ont été ajoutées à
un processeur similaire à un RISC de 32 bits. Le logarithme a été calculé à l’aide d’une technique
spécifique à faible coût basée sur une approximation de Mitchell améliorée. Les résultats