Efficient high-throughput and power-saving hardware architectural design for the HEVC entropy encoder

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Ramos, Fabio Luis Livi
• Orientador(a): Bampi, Sergio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Cmos
• Palavras-chave em Inglês: HEVC; CABAC; Binary Arithmetic Encoder
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/215364

Os avanços no processamento digital de vídeos, geraram novos desafios para transmitir e armazenar os dados relacionados. Nesse cenário, o processamento de vídeo em tempo real requer arquiteturas específicas para se alcançar as demandas relacionadas. Ademais, dispositivos móveis que transmitem e recebem vídeo necessitam de projetos visando eficiência energética, devido às restrições do uso de bateria nesse contexto. O padrão HEVC (High-Efficiency Video Coding) é uma alternativa para lidar com as situações apresentadas, onde apenas um algoritmo de codificação de entropia existe, que é o CABAC (Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding). Uma única instância de um bloco em hardware do CABAC é desejável para economizar potência, área, e manter a eficiência de codificação. Portanto, o objetivo global dessa pesquisa é um projeto configurável de alta-vazão e eficiente energeticamente em uma única instância do bloco CABAC, onde técnicas para alta-vazão junto de técnicas para redução do consumo de potência são integradas, adaptando a arquitetura de acordo com isso. Essa tese focou no bloco BAE (Binary Arithmetic Encoder), pois esta etapa é o gargalo em termos de processamento do CABAC. Uma primeira contribuição é a inserção de técnicas em baixo nível para redução do consumo de potência em diferentes projetos do bloco BAE. O uso das técnicas escolhidas gerou economia de potência variando entre 10% a 40%. Em buscas de ultra-alta-performance, ocorreu a proposta para processamento de múltiplos bins bypass (MBBS), onde múltiplos valores de um tipo especifico de dados (i.e., bypass bins) são processados ao mesmo tempo. A integração do MBBS com técnicas da literatura para o BAE gerou um aumento de vazão na ordem de 13% quando comparado com o trabalho de maior vazão encontrado na literatura. Adicionalmente, uma alternativa eficiente do bloco BAE com MBBS é proposta, alcançando valores muito próximos quando comparada com a solução anterior com maior vazão da literatura, com a vantagem de um projeto menor e com maior escalabilidade. Essa última arquitetura foi utilizada como base para a contribuição final dessa tese, combinando as técnicas low-power e a proposta MBBS: um design BAE configurável, que consegue se modificar para alcançar um melhor balanceamento em termos de vazão e energia durante o processamento do vídeo.