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Projeto de Hardware de Alto Desempenho para Ferramentas da Predição Inter Quadros do Codificador AV1
| dc.creator | Domanski, Robson André | |
| dc.date.accessioned | 2023-09-29T00:11:49Z | |
| dc.date.available | 2023-09-28 | |
| dc.date.available | 2023-09-29T00:11:49Z | |
| dc.date.issued | 2023-04-25 | |
| dc.identifier.citation | DOMANSKI, Robson André. Projeto de Hardware de Alto Desempenho para Ferramentas da Predição Inter Quadros do Codificador AV1. Orientador: Luciano Agostini. 2023. 114 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2023. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/10173 | |
| dc.description.abstract | Currently, digital videos are increasingly present all over the world, whether they are intended for leisure or professional activities. Consequently, a significant growth in the number of mobile devices capable of capturing, manipulating and transmitting these digital videos can be observed. These mobile devices, in turn, have serious restrictions in terms of energy consumption and computational power. In this context, video encoding is responsible for an important part of these restrictions. New encoders are developed with the aim of compressing these videos more and more efficiently and for ever higher resolutions, thus making the support to digital videos a very costly operation from the point of view of computational power and energy consumption. In this scenario, the AOMedia Video 1 (AV1) encoder has gained prominence. AV1 is an encoder developed by a consortium of large companies in the area, such as Google, Apple, Intel, AMD, among others, with the objective of having high compression efficiency in a royalty-free solution. To this end, AV1 adopted new coding tools with a high computational cost, which increases the challenges for mobile devices to support this encoder. Among the stages of AV1 that brought greater innovations is the inter-frame prediction. Due to these innovations, the interframe prediction is responsible for the highest computational cost in the AV1 encoder, with about 58% of its the execution time, especially when we take into account that the interframe is one step among the eight within the AV1 encoder. This work presents a set of dedicated hardware solutions for AV1 inter-frame prediction. Efficient architectures were developed for Fractional Motion Estimation, Conventional Motion Compensation and Local and Global Warped Motion Compensations. All proposed architectures sought an efficient hardware design in terms of area and power. The architectures were synthesized to ASIC using the 40 nm TSMC library and they are able to process ultra high definition videos such as UHD 4K and UHD 8K at frame rates ranging between 30 and 60 frames per second. The architectures designed in this work are the first in the literature presenting solutions for the inter-frame prediction tools of the AV1 encoder. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Sem bolsa | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
| dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
| dc.subject | Codec AV1 | pt_BR |
| dc.subject | Predição Inter Quadros | pt_BR |
| dc.subject | Projeto de hardware | pt_BR |
| dc.subject | AV1 Codec | pt_BR |
| dc.subject | Inter-Frames Prediction | pt_BR |
| dc.subject | Hardware design | pt_BR |
| dc.title | Projeto de Hardware de Alto Desempenho para Ferramentas da Predição Inter Quadros do Codificador AV1 | pt_BR |
| dc.title.alternative | High-Performance Hardware Design for AV1 Encoder Inter-Frame Prediction Tools | pt_BR |
| dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-6339-0603 | pt_BR |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/3709861207994982 | pt_BR |
| dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0002-3421-5830 | pt_BR |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/9604735363839730 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Zatt, Bruno | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8251926321102019 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co2 | Porto, Marcelo Schiavon | |
| dc.contributor.advisor-co2Lattes | http://lattes.cnpq.br/5741927083446578 | pt_BR |
| dc.description.resumo | 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. | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Agostini, Luciano Volcan | |
| dc.subject.cnpq1 | CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
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PPGC: Dissertações e Teses [242]
Dissertações e teses.

