使用Verilog和VHDL描述图像处理算法的功能

COVID-19的大流行迫使世界各地的大学远程上课。Marco Winzker说，大多数讲座都是以视频会议的形式进行的，但对于工程研究来说，进行虚拟的动手实验室实验是很重要的。这位IEEE高级会员是德国Bonn-Rhein-Sieg University of Applied Sciences教学发展与创新中心的负责人。

这所学校为世界上任何人免费开放了现场可编程门阵列（FPGAs）的远程实验室。FPGA是一种可编程集成电路，具有逻辑门、触发器和RAM等元件。FPGAs被用于许多应用，如互联网路由器、专业摄像机和汽车驾驶员辅助技术。

Winzker说：“实验室为学生提供了一个机会，让他们在互联网上用真正的硬件进行实验，比如设计数字电路，这些都可以在所有现代电子设备中找到。”

学生使用Verilog和VHDL描述图像处理算法的功能。通过设计软件，他们为FPGA电路翻译代码。然后他们可以登录到远程实验室，上传代码，并观察他们的电路设计如何在FPGA中工作，Winzker说。远程实验室提供交互性，学生可以上传图像信号进行处理，并操作FPGA的输入开关。图像处理的结果被送回给学生。

该实验室全年开放，并由YouTube上的讲座视频提供支持。

这所学校与三所大学合作建立了远程实验室。其中，布宜诺斯艾利斯国立技术大学和圣路易斯国立大学都在阿根廷。切尔尼希夫国立科技大学在乌克兰。

Winzker说，来自法国、摩洛哥、瑞典、美国、阿根廷和乌克兰等30个国家的100多名学生参加了此次活动。

他说：“尽管旅行受到限制，但这门课程为学生提供了一个国际合作的机会。我们的学生可以与其他国家的人交流，在工作环境中练习英语。他们在职业生活中需要这种能力。”

演讲主题

Winzker说，其中一个讲座涉及在汽车中使用FPGAs进行车道检测。学生学习如何编程芯片，以在视频中通过安装在挡风玻璃的相机，突出显示明亮的车道标记线。

他说：“这是一个真实的应用程序，显示汽车在这项任务中确实使用了FPGAs。”

关于信号处理的另一个话题涉及电视机中的图像增强。学生建立一个数字滤波器，使图像锐化，使图片看起来更好。

还有一个关于微电子的讲座。学生们比较两种不同的FPGAs，看看它们各自的能耗。Winzker说，FPGAs是用不同的技术制造的，那些使用新技术的FPGAs有较高的基本能耗水平，但随着电路活动的增加而增加的幅度较小，这使得计算效率更高。

几位IEEE会员参与了这个实验室，其中一位讲师是高级会员Alejandro Furfaro，他是Tecnológica国家大学数字处理实验室的主任。

位于旧金山湾区的LabsLand联合创始人兼首席执行官Pablo Orduña为实验室的软件提供技术支持。

越来越受欢迎

在波恩莱茵西格的面授课程因冠状病毒而取消之前，远程实验室是Winzker的现场可编程门阵列课程的可选组成部分，学生们会提出如何物以致用的问题。Winzker说，他们给出了各种理由，包括想在自己喜欢的话题上进行更多的实验，以及有能力重复课堂上没有时间完成的实验。远程实验室还为那些有家庭或工作规定的学生提供了更方便灵活完成实验的方法。

当时，Winzker还问他们对强制性远程实验室的看法。超过一半的人回答说，一些亲临实验室可以被远程实验室取代。

Winzker说：“显然学生们对这种学习方式很满意。”这个实验室变得如此受欢迎，以至于又增加了一个实验课程。下一个在线会议课程将于2021年4月举行。

Winzker说：“我们认为这个实验室是为科学界服务的。我们从开源项目中受益，这是我们对它的贡献。我们称这种方法为国内国际化，这是我们大学数字化教学战略的一部分。”
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