하드웨어 기반 HEVC 인코더에서 화면간 예측 고속화에 적합한 Advanced Motion Vector Predictor 생성 기법

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As demand for high-definition video services has increased in recent years, High Efficiency Video Coding (HEVC) was adopted as the next generation compression standard in 2013. Among newly added tools, Advanced Motion Vector Predictor (AMVP) technology helps improve compression performance by generating accurate prediction blocks in Motion Estimation (ME). However, when the ME is performed in parallel in a hardware based HEVC encoder, the AMVP information needs to be provided quickly for ME. For parallel processing of AMVP to speed up, there is a dependency problem in AMVP information generation. The size of AMVP hardware also increases sharply.
In this paper, two schemes are proposed for a fast and small AMVP generation module. Before ME, the Reduced AMVP scheme solves the data dependency problem while minimizing hardware resources by applying approximation. After ME, in the AMVP Reuse scheme, the approximation is corrected to follow the standard with small execution time. The proposed AMVP hardware is implemented and tested in Verilog. Simulation results show that the performance of the AMVP hardware is highly improved, while degradation in compression efficiency is negligible.

국문 초록 (Abstract)

최근 고해상도 비디오 서비스에 대한 수요가 증가함에 따라, 2013년 High Efficiency Video Coding (HEVC)가 차세대 표준 압축 기술로 선정되었다. HEVC의 Advanced Motion Vector Predictor (AMVP) 기술은 움직임 예측에서 정확한 예측 블록을 생성하여 압축 성능을 높이는데 도움이 된다. 하지만 하드웨어 기반 HEVC 부호화기에서 고속화를 위한 ME 병렬처리를 수행할 때, AMVP 정보 생성 단계에서 의존성 문제가 발생하고, AMVP 하드웨어의 크기가 급격하게 증가한다는 문제가 있다.
본 논문에서는 하드웨어 기반 ME 병렬처리를 수행할 때, 데이터 의존성 문제를 해결하고, 하드웨어 크기 증가를 최소화하는 Reduced AMVP 기법을 제시한다. 또한 ME 수행 이후 표준 AMVP 정보 생성에서 소요되는 수행 시간을 효과적으로 줄일 수 있는 AMVP Reuse 기법에 대해 제안한다. 이후 AMVP 하드웨어 구현에 대해 자세히 설명하고, 제시하는 기법 적용에 따른 스케줄링 변화와 수행시간 변화에 대해 분석한다. 시뮬레이션 결과 압축 성능 저하는 거의 발생하지 않으면서, AMVP 하드웨어의 효율성은 크게 높아진다는 것을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 요약 I
• ABSTRACT II
• 목차 IV
• 그림 목차 VI
• 표 목차 VII
• 제 1장 서론 １
• 1.1 연구의 필요성 １
• 1.2 연구 방향 ３
• 1.3 논문의 구성 ７
• 제 2장 연구 배경 ９
• 2.1 HEVC의 개요 ９
• 2.2 움직임 예측 １２
• 2.3 Advanced Motion Vector Predictor １４
• 2.4 기존 연구 １９
• 2.4.1 Temporal AMVP 후보만을 사용 １９
• 2.4.2 PU 간 AMVP 정보 대체 ２０
• 2.4.3 블록 위치 변경 혹은 제외 ２０
• 제 3장 고속 AMVP 생성 기법 ２２
• 3.1 Reduced AMVP Scheme ２２
• 3.2 AMVP Reuse Scheme ２７
• 제 4장 실험 결과 ３０
• 4.1 하드웨어 구현 ３０
• 4.2 AMVP 정보 생성 수행 시간 ３５
• 4.3 압축 성능 저하 ４４
• 4.4 다른 AMVP 기법과의 성능 비교 ４６
• 제 5장 결론 및 향후 연구 ４９
• 참고문헌 ５０