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dc.creatorPalau, Roberta de Carvalho Nobre
dc.date.accessioned2022-05-20T14:25:05Z
dc.date.available2022-05-20T14:25:05Z
dc.date.issued2022-03-15
dc.identifier.citationPALAU, Roberta de Carvalho Nobre. Investigação de soluções em hardware para os filtros de laço do decodificador AV1. Orientador: Luciano Volcan Agostini. 2022. 104 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/8445
dc.description.abstractThis work presents a set of dedicated hardware solutions for real-time Ultra High Definition (UHD) video encoding area of the AOmedia video 1 (AV1) video format, launched in 2018. There were developed solutions of the three filters of the AV1 decoder In-Loop Filter. The Filters focused on this thesis are: (i) Deblocking Filter (DBF), (ii) Constrained Directional Enhancement Filter (CDEF) and (iii) Switchable Loop Restoration Filter (SLRF). The In-loop filters are one of the coding and decoding steps of the AV1 and others codecs. They are located in the reconstruction loop and have the main goal of reducing/eliminating artifacts that degrade the video image due the previous steps as quantization and predictions. These artifacts not only affect the visual quality of the reconstructed frames, but also degrade coding efficiency because each reconstructed frame will serve as the reference for coding subsequent frames. Therefore the artifacts reduction contributes to improve the subjective quality and coding efficiency. Dedicated hardware solutions for the In-loop filtering step presenting a trade-off between throughput and energy consumption contributes to the consolidation of this new video format in the market. The dedicated hardware designs implemented in this work can process 4K UHD videos (3840x2160 pixels) in real time at 60 frames per second. All architectures were synthesized to ASIC using a 40 nm TSMC library. The DBF design presents a area of 39.35 Kgates with a total power dissipation of 3.96 mW operating at a frequency of 93.31 MHz. The CDEF design presents a area of 185.36 kgate with a power dissipation of 43 mW at a frequency of 93.38 MHz. For the SLRF were developed the two filters that compose it from two independent implementations, one for the Simetric Separable Normalized Wiener Filter (SSNWF) and other for the Dual Self-Guided Filter (DSGF). The SSNWF presents a area of 37.78 kgates and a power dissipation of 26.36 mW at a frequency of 207.03 MHz. The DSGF presents a area of 177.58 kgates and a power dissipation of 120.21 mw at frequency of 212.86 MHz. At the best of the authors’ knowledge, these are the first dedicated hardware solutions targeting the AV1 decoder In-loop filters presented in the literature.pt_BR
dc.description.sponsorshipSem bolsapt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pelotaspt_BR
dc.rightsOpenAccesspt_BR
dc.subjectComputaçãopt_BR
dc.subjectCodificação de vídeopt_BR
dc.subjectAV1pt_BR
dc.subjectFiltros de laçopt_BR
dc.subjectHardware dedicadopt_BR
dc.subjectVideo codingpt_BR
dc.subjectIn-loop filterpt_BR
dc.subjectDedicated hardwarept_BR
dc.titleInvestigação de soluções em hardware para os filtros de laço do decodificador AV1pt_BR
dc.title.alternativeHardware solutions investigation targeting the AV1 decoderI n-loop filterspt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9096857380595479Apt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9604735363839730pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Corrêa, Guilherme Ribeiro
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1389878856201800pt_BR
dc.contributor.advisor-co2Porto, Marcelo Schiavon
dc.contributor.advisor-co2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5741927083446578pt_BR
dc.description.resumoEste trabalho apresenta um conjunto de soluções em hardware dedicado para área de codificação de vídeos Ultra-High Definition (UHD) em tempo real para o formato de vídeo AOMedia Video 1 (AV1), lançado em 2018. Foram desenvolvidas arquiteturas para os três filtros de laço do decodificador do AV1. Os filtros foco desta tese são: (i) o filtro de deblocagem (DBF), (ii) o filtro de aprimoramento direcional restrito (CDEF), (iii) o filtro de restauração de laço comutável (SLRF). Os filtros de laço fazem parte de uma das etapas do processo de codificação e decodificação do AV1 e de outros codificadores. Estão situados no laço de reconstrução e têm como objetivo principal reduzir/eliminar artefatos que degradam a qualidade do vídeo devido a etapas anteriores do processo, tais como a quantização e predição. Estes artefatos afetam a qualidade visual dos quadros reconstruídos e também afetam a eficiência de codificação porque cada quadro reconstruído serve como referência para os quadros subsequentes. Portanto, a redução desses artefatos contribui com a melhoria da qualidade subjetiva da imagem e com a eficiência de codificação. Investigar o desenvolvimento de soluções em hardware para esta etapa, além de trazer contribuições inéditas para avançar o estado-da-arte da área, também contribui com a popularização desse novo formato de vídeo. As arquiteturas apresentadas neste trabalho foram desenvolvidas para processar vídeos UHD de 3840x2160 pixels (4K) a 60 quadros por segundo em tempo real. Todas as arquiteturas foram sintetizadas para ASIC usando a biblioteca TSMC de 40 nm. O DBF apresenta uma arquitetura que ocupa uma área de 39,35 Kgates e dissipa 13,77 mW de potência, atuando a partir de uma frequência de 93,31 MHz. O CDEF ocupa uma área de 185,36 kgates e dissipa uma potência de 43 mW operando a uma frequência de 93,38 MHz. Para o SLRF foram desenvolvidos os dois filtros que o compõem, a partir de duas implementações independentes, uma para o Filtro de Wiener Simétrico Separável (SSNWF) e outra para o Filtro Duplo Autoguiado (DSGF). O SSNWF ocupa uma área de 37,78 kgates e dissipa uma potência de 26,36 mW quando operando a uma frequência de 207,03 MHz. O DSGF ocupa uma área de 177,58 kgates e dissipa uma potência de 120,21 mW, quando operando a uma frequência 212,86 MHz. Até o presente momento, estas são as primeiras soluções em hardware dedicado encontradas na literatura para os filtros de laço do decodificador do AV1.pt_BR
dc.publisher.departmentCentro de Desenvolvimento Tecnológicopt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Computaçãopt_BR
dc.publisher.initialsUFPelpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.contributor.advisor1Agostini, Luciano Volcan


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