Nome do Projeto
Exploração de Técnicas de Proteção e Compressão de Sinais usando Circuitos VLSI Dedicados e Eficientes Energeticamente
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
10/06/2024 - 10/06/2028
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
Nas últimas décadas, a assistência médica inteligente tem se tornado uma importante área de pesquisa atraindo a atenção da academia e da indústria. A indústria de equipamentos médico-hospitalares está progredindo exponencialmente impulsionada por novas tecnologias de automação e comunicação, como Indústria 4.0 e 5G. A assistência médica inteligente envolve a troca de informações e exames de pacientes entre dois ou mais especialistas em localizações geográficas diferentes. Ameaças cibernéticas são um grande desafio de projeto para garantir a segurança das informações enviadas via Internet, uma rede aberta monitorada por usuários mal intencionados. Imagens médicas são importantes diagnósticos para detectar doenças. Para garantir a confidencialidade, integridade e disponibilidade é mandatório usar estratégias de segurança como marca d’água e criptografia. Para garantir a otimização dos canais de comunicação é importante o uso de compressão de imagens. As tarefas de inserir ou extrair marca d'água, criptografar e comprimir imagens são computacionalmente custosas para execução em software. Neste sentido, este projeto tem como objetivo investigar técnicas de projeto de hardware específico para implementar tais tarefas explorando a computação aproximada para melhorar a eficiência energética dos sistemas. A literatura mostra que a computação aproximada permite a construção de circuitos digitais com redução em área e dissipação de potência ao custo de inserção de erros, que podem ser insignificantes quando tratando-se de sinais e imagens. A criptografia de imagens baseada na teoria do caos mostra-se eficiente em termos energéticos que os algoritmos tradicionais como AES, mantendo o nível de segurança. O trabalho investiga o estado da arte sobre tais tarefas a fim de propor soluções implementadas em hardware FPGA e ASIC apoiadas na computação aproximadas e teoria do caos buscando melhor compromisso entre área, consumo energético e erros, usando ferramentas EDA comerciais.
Objetivo Geral
O objetivo principal deste projeto é buscar soluções eficientes energeticamente por meio do projeto de circuitos integrados VLSI dedicados para computar os três tarefas importantes para o suporte da assistência médica inteligente: (i) inserção e extração de marca d’água, (ii) encriptação e (iii) compressão de imagens de alta resolução. Como tais tarefas são computacionalmente intensivas e estão fortemente baseadas em operações matemáticas envolvendo transformadas de diferentes tipos, este trabalho investiga também a exploração do espaço de projeto para uso da computação aproximada a fim de encontrar soluções com melhor custo-benefício entre desempenho, área, consumo energético e erros. Com a execução do projeto espera-se também contribuir com a formação de mão-de-obra qualificada para o projeto de circuitos integrados a fim de suprir a região e o país com profissionais qualificados.
Para atingir tais objetivos principais, alguns objetivos específicos são estabelecidos:
Revisar a literatura para encontrar lacunas no estado da arte de soluções aos três eixos do projeto.
Propor soluções alternativas às tarefas abordadas nos três eixos de projeto buscando garantir os requisitos de segurança exigidos pela literatura.
Projetar soluções em hardware usando circuitos VLSI dedicados.
Explorar o espaço de projeto para as soluções encontradas nos três eixos desta proposta usando estratégias de computação aproximada de modo a encontrar o melhor custo-benefício em termos energéticos e precisão satisfatórios para imagens médicas de alta resolução.
Para atingir tais objetivos principais, alguns objetivos específicos são estabelecidos:
Revisar a literatura para encontrar lacunas no estado da arte de soluções aos três eixos do projeto.
Propor soluções alternativas às tarefas abordadas nos três eixos de projeto buscando garantir os requisitos de segurança exigidos pela literatura.
Projetar soluções em hardware usando circuitos VLSI dedicados.
Explorar o espaço de projeto para as soluções encontradas nos três eixos desta proposta usando estratégias de computação aproximada de modo a encontrar o melhor custo-benefício em termos energéticos e precisão satisfatórios para imagens médicas de alta resolução.