Projeto de Hardware de Alto Desempenho para Ferramentas da Predição Inter Quadros do Codificador AV1
Fecha
2023-04-25Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemResumen
Atualmente os vídeos digitais estão cada vez mais presentes no mundo inteiro, sejam
eles destinados ao lazer ou as atividades profissionais. Por consequência, podese
observar um expressivo crescimento no número de dispositivos móveis capazes
de capturar, manipular e transmitir estes vídeos digitais. Esses dispositivos móveis,
por sua vez, possuem sérias restrições em termos de consumo de energia e de poder
computacional. Neste contexto, a codificação de vídeos é responsável por parte
importante destas restrições. Os novos codificadores são desenvolvidos com o objetivo
de realizar a compressão desses vídeos de forma cada vez mais eficiente e para
resoluções cada vez mais elevadas, assim tornando o suporte a vídeos digitais uma
operação bastante custosa do ponto de vista de poder computacional e de consumo
de energia. Nesse cenário, o codificador AOMedia Video 1 (AV1) tem ganhado destaque.
O AV1 é um codificador desenvolvido por um consórcio de grandes empresas
da área, como Google, Apple, Intel, AMD entre outras, com o objetivo de ter elevada
eficiência de compressão em uma solução livre de royalties. Para tanto, o AV1 adotou
novas ferramentas de codificação de elevado custo computacional o que amplia
os desafios para que dispositivos móveis suportem esse codificador. Entre as etapas
do AV1 que trouxeram maiores inovações está a predição inter quadros. Por conta
destas inovações, a predição inter quadros é responsável pelo maior custo computacional
no codificador AV1, com cerca de 58% do tempo de execução, principalmente
quando levamos em conta que a inter quadros é uma etapa dentre as oito dentro do
codificador AV1. Este trabalho apresenta um conjunto de soluções em hardware dedicado
para a predição inter quadros do AV1. Foram desenvolvidas arquiteturas para
Estimação de Movimento Fracionária, a Compensação de Movimento Convencional e
as Compensações de Movimentos Distorcidos Local e Global. Todas as arquiteturas
propostas buscaram um projeto de hardware eficiente em termos de área e potência.
As arquiteturas foram sintetizadas para ASIC usando a biblioteca TSMC de 40 nm e
foram capazes de processar vídeos de ultra alta definição, como UHD 4K e UHD 8K
a taxas de quadros variando entre 30 e 60 quadros por segundo. As arquiteturas desenvolvidas
neste trabalho são as primeiras na literatura que implementaram soluções
para as ferramentas da predição inter quadros do codificador AV1.