Exploring partial distortion elimination techniques in the sum of absolute differences architecture for HEVC integer motion estimation

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Abreu, Brunno Alves de
• Orientador(a): Bampi, Sergio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Vídeo digital
• Palavras-chave em Inglês: High Efficiency Video Coding; Integer Motion Estimation; Partial Distortion Elimination
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/197094

Vídeos digitais estão entre as aplicações multimídia para as quais têm se dado a maior importância nos últimos anos, levando ao desenvolvimento de melhores técnicas de compressão ao custo de maiores requisitos computacionais. No padrão de codificação de vídeo mais recente, High Efficiency Video Coding (HEVC), a Estimação de Movimento Inteira (IME) é uma das etapas que demandam maior esforço computacional e mais acessos à memória. A IME explora a redundância temporal, minimizando o custo rate-distortion estimado por duas métricas: a Soma das Diferenças Absolutas (SAD) e o custo de vetor de movimento (MVCost). Técnicas de Eliminação de Distorção Parcial (PDE) podem ser usadas para otimizar o cálculo da unidade de SAD, evitando a computação de candidatos que certamente não serão selecionados na IME. Esse trabalho explora o impacto da utilização de PDE na área e no consumo energético do circuito. Diferentemente de soluções relacionadas encontradas na literatura, as arquiteturas desenvolvidas incluem o MVCost na decisão, o que melhora a eficiência de compressão em até 1.5%. Diferentes modelos foram propostos e implementados para a unidade que computa o rate-distortion, para determinar a melhor alternativa em termos de consumo energético. As arquiteturas foram sintetizadas para ASIC com uma biblioteca de standard cells de 65 nm, considerando vetores de entradas reais de sequências de vídeos para obter resultados de potência precisos. O uso da PDE sem oMVCost atinge uma redução média de energia de 16.4% para sequências 1080p e de 11.64% para sequências 2160p quando comparado a implementações sem PDE. Ao acumular o MVCost antes da SAD, propostas utilizando um multiplexador e um Carry-Save Adder (CSA) foram analizadas. Comparado ao caso que acumula o MVCost após a SAD, reduções média de 17.51% e 5.05% foram obtidas ao utilizar um multiplexador, considerando as implementações do HEVC Model (HM) e do x265 respectivamente. As comparações também mostraram que utilizar o CSA é a melhor solução em termos de energia total, com reduções adicionais de 1.94% (na implementação do HM) e de 2.27% (no x265) quando comparado com a implementação do multiplexador.