Provendo Eficiência Energética na Codificação de Vídeo usando subtratores aproximados na Predição Interquadros

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ferreira, Rafael dos Santos
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca
Texto Completo: http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14689
Resumo: Energy efficiency in video encoding has become increasingly relevant given the widespread use of video in various modern applications and the associated challenge of transmitting and storing large volumes of video data. In this context, the video en coding process is highlighted, with special attention to Interframe Prediction and the Sum of Absolute Differences (SAD), which are fundamental for efficient video com pression. The research presented in this thesis focuses on enhancing the SAD cal culation through the implementation of approximate subtractors, seeking a balance between precision and energy efficiency. This work is part of the panorama of tech nological advancements in video encoders, emphasizing the need for solutions that reduce energy consumption without significantly impacting video quality. The contri butions of this thesis include the development of an innovative approximate subtractor, named Approximate Subtractor (AppS), and the implementation of a hardware system dedicated to interframe prediction in the Versatile Video Coding (VVC) standard. A detailed analysis of approximate subtractors is carried out, including the AppS. The presented research encompasses a comprehensive evaluation of these subtrac tors, analyzing their impact on encoding quality and energy efficiency, through tests in various scenarios and encoding settings. Additionally, the study explores the efficiency of the Test Zone Search (TZS) al gorithm in the context of approximate subtractors, examining how they influence the accuracy of motion vectors and the overall encoding process. In the study on the energy efficiency and performance of the Sum of Absolute Dif ferences (SAD) operations in approximate subtractors, the results varied significantly among the analyzed models. The AppS1 subtractor demonstrated consistency and high efficacy, with constant performance and significant reduction in energy consump tion. In contrast, the AXCS24 recorded an increase in SAD operations and greater energy consumption, highlighting the importance of careful selection of subtractors to optimize both energy efficiency and precision in video encoding, as detailed in the tables of the presented thesis.
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spelling Provendo Eficiência Energética na Codificação de Vídeo usando subtratores aproximados na Predição InterquadrosProviding Energy Efficiency in Video Coding Using Approximate Subtractors in Interframe PredictionSubtrator aproximadoSAD TZSPredição InterSubtractor ImpreciseInter PredictionCIENCIAS EXATAS E DA TERRACIENCIA DA COMPUTACAOEnergy efficiency in video encoding has become increasingly relevant given the widespread use of video in various modern applications and the associated challenge of transmitting and storing large volumes of video data. In this context, the video en coding process is highlighted, with special attention to Interframe Prediction and the Sum of Absolute Differences (SAD), which are fundamental for efficient video com pression. The research presented in this thesis focuses on enhancing the SAD cal culation through the implementation of approximate subtractors, seeking a balance between precision and energy efficiency. This work is part of the panorama of tech nological advancements in video encoders, emphasizing the need for solutions that reduce energy consumption without significantly impacting video quality. The contri butions of this thesis include the development of an innovative approximate subtractor, named Approximate Subtractor (AppS), and the implementation of a hardware system dedicated to interframe prediction in the Versatile Video Coding (VVC) standard. A detailed analysis of approximate subtractors is carried out, including the AppS. The presented research encompasses a comprehensive evaluation of these subtrac tors, analyzing their impact on encoding quality and energy efficiency, through tests in various scenarios and encoding settings. Additionally, the study explores the efficiency of the Test Zone Search (TZS) al gorithm in the context of approximate subtractors, examining how they influence the accuracy of motion vectors and the overall encoding process. In the study on the energy efficiency and performance of the Sum of Absolute Dif ferences (SAD) operations in approximate subtractors, the results varied significantly among the analyzed models. The AppS1 subtractor demonstrated consistency and high efficacy, with constant performance and significant reduction in energy consump tion. In contrast, the AXCS24 recorded an increase in SAD operations and greater energy consumption, highlighting the importance of careful selection of subtractors to optimize both energy efficiency and precision in video encoding, as detailed in the tables of the presented thesis.Sem bolsaA eficiência energética na codificação de vídeo tem se tornado cada vez mais re levante, considerando a ampla utilização de vídeo em diversas aplicações modernas e o desafio associado à transmissão e armazenamento de grandes volumes de dados de vídeo. Nesse contexto, destaca-se o processo de codificação de vídeo, com espe cial atenção para a Predição Interquadros e a Soma das Diferenças Absolutas (Sum of Absolute Differences - SAD), fundamentais para a compressão eficiente de vídeo. A pesquisa apresentada nesta tese foca em aprimorar o cálculo de SAD através da implementação de subtratores aproximados, buscando um equilíbrio entre precisão e eficiência energética. Este trabalho se insere no panorama dos avanços tecnológicos em codificadores de vídeo, enfatizando a necessidade de soluções que diminuam o consumo energético sem impactar significativamente a qualidade do vídeo. As contri buições desta tese incluem o desenvolvimento de um subtrator aproximado inovador, batizado de Approximate Subtractor (AppS) e a implementação de um sistema de hardware dedicado à predição interquadros no padrão VVC (Versatile Video Coding). Uma análise detalhada dos subtratores aproximados é realizada, incluindo o AppS. A pesquisa apresentada engloba uma avaliação abrangente desses subtratores, ana lisando seu impacto na qualidade de codificação e na eficiência energética, através de testes em diversos cenários e configurações de codificação. Adicionalmente, o estudo explora a eficiência do algoritmo Test Zone Search (TZS) no contexto dos subtratores aproximados, examinando como influenciam na precisão dos vetores de movimento e no processo de codificação de forma geral. No estudo sobre a eficiência energética e o desempenho das operações de Soma das Diferenças Absolutas (SAD) em subtratores aproximados, os resultados variaram significativamente entre os modelos analisados. O subtrator AppS1 demonstrou con sistência e alta eficácia, com desempenho constante e redução significativa no con sumo energético. Em contraste, o AXCS24 registrou um aumento nas operações de SAD e maior consumo de energia, destacando a importância de uma seleção cuida dosa dos subtratores para otimizar tanto a eficiência energética quanto a precisão na codificação de vídeo.Universidade Federal de PelotasPrograma de Pós-Graduação em ComputaçãoUFPelBrasilhttps://orcid.org/0000-0001-6801-0609http://lattes.cnpq.br/9134918933450566http://lattes.cnpq.br/8251926321102019Diniz, Cláudio Machadohttp://lattes.cnpq.br/3726715175711775Agostini, Luciano Volcanhttp://lattes.cnpq.br/9604735363839730Zatt, BrunoFerreira, Rafael dos Santos2024-12-17T12:48:44Z2024-12-17T12:48:44Z2024-06-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfFERREIRA, Rafael dos Santos. Provendo Eficiência Energética na Codificação de Vídeo usando Subtratores Aproximados na Predição Interquadros. Orientador: Bruno Zatt. 2024. 173 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2024.http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14689porCC BY-NC-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPel - Guaiacainstname:Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)instacron:UFPEL2024-12-18T06:04:47Zoai:guaiaca.ufpel.edu.br:prefix/14689Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufpel.edu.br/oai/requestrippel@ufpel.edu.br || repositorio@ufpel.edu.br || aline.batista@ufpel.edu.bropendoar:2024-12-18T06:04:47Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca - Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)false
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description Energy efficiency in video encoding has become increasingly relevant given the widespread use of video in various modern applications and the associated challenge of transmitting and storing large volumes of video data. In this context, the video en coding process is highlighted, with special attention to Interframe Prediction and the Sum of Absolute Differences (SAD), which are fundamental for efficient video com pression. The research presented in this thesis focuses on enhancing the SAD cal culation through the implementation of approximate subtractors, seeking a balance between precision and energy efficiency. This work is part of the panorama of tech nological advancements in video encoders, emphasizing the need for solutions that reduce energy consumption without significantly impacting video quality. The contri butions of this thesis include the development of an innovative approximate subtractor, named Approximate Subtractor (AppS), and the implementation of a hardware system dedicated to interframe prediction in the Versatile Video Coding (VVC) standard. A detailed analysis of approximate subtractors is carried out, including the AppS. The presented research encompasses a comprehensive evaluation of these subtrac tors, analyzing their impact on encoding quality and energy efficiency, through tests in various scenarios and encoding settings. Additionally, the study explores the efficiency of the Test Zone Search (TZS) al gorithm in the context of approximate subtractors, examining how they influence the accuracy of motion vectors and the overall encoding process. In the study on the energy efficiency and performance of the Sum of Absolute Dif ferences (SAD) operations in approximate subtractors, the results varied significantly among the analyzed models. The AppS1 subtractor demonstrated consistency and high efficacy, with constant performance and significant reduction in energy consump tion. In contrast, the AXCS24 recorded an increase in SAD operations and greater energy consumption, highlighting the importance of careful selection of subtractors to optimize both energy efficiency and precision in video encoding, as detailed in the tables of the presented thesis.
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