Hierarquia de memória configurável para redução energética no codificador de vídeo HEVC

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Martins, Anderson da Silva
• Orientador(a): Zatt, Bruno
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Computação
• Departamento: Centro de Desenvolvimento Tecnológico
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Memória cache; Economia de energia; HEVC; Redução de largura de banda de memória; Estimação de movimento; Cache memory; Energy saving; Memory bandwidth reduction; Motion estimation
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: http://repositorio.ufpel.edu.br/handle/prefix/3839

Dados recentes mostram que há uma demanda crescente de aplicações de vídeo em dispositivos móveis, sendo este um grande desafio para pesquisas em arquiteturas de codificadores de vídeo de alto desempenho como o padrão HEVC. Em um sistema embarcado o consumo de energia e o desempenho estão diretamente ligados ao sistema de memória. No codificador de vídeo não é diferente, e no HEVC a etapa de estimação de movimento (ME) é conhecida por ser responsável pela maior parte do tempo de processamento e acesso à memória. Portanto, este trabalho apresenta uma exploração do espaço de projeto para definir configurações de memória cache eficientes em energia para o processo da ME e, propor uma hierarquia de memória cache configurável, considerando diferentes sequências de vídeo e configurações do codificador HEVC. A avaliação considerou o algoritmo TZ Search, amplamente utilizado, 23 sequências de vídeo com resoluções distintas e quatro Parâmetros de Quantização (QPs) sob 32 configurações de cache diferentes. Um simulador de cache foi desenvolvido e a ferramenta CACTI foi utilizada para obter parâmetros de tempo e energia. Assim, foi possível identificar configurações de cache ótimas para cada cenário, visto que não existe uma única configuração de memória cache que satisfaça todos os cenários ao mesmo tempo quando o objetivo é redução de energia. Considerando a configuração ótima de cache para cada cenário, o uso de cache pode levar a uma economia de largura de banda da memória externa de até 97,37%, que corresponde a uma redução de 25,48GB/s para 548,53MB/s em um caso. A redução de energia chega a 93,95%, o que corresponde, uma redução de energia de 5,02mJ para 0,30mJ, ao comparar diferentes configurações de cache. Estes resultados possibilitaram propor uma hierarquia de memória cache configurável para o processo de estimação de movimento que é capaz de atender eficientemente todos os cenários testados. Para a arquitetura configurável proposta foram encontradas economia de energia de até 78,09% quando as configurações ótimas são comparadas com o pior caso dentro da cache configurável (16KB-8). Já quando comparada com Level-C, foram alcançadas economia de energia de até 86,91%. Além disso, a economia de largura de banda alcançada ficou entre 90,21% e 96,84% com uma média de 94,97%.