Low-power IP Design and FPGA Implementation for H.264/AVC Encoder

H.264/AVC Encoder용 저전력 IP 설계 및 FPGA 구현

  • 장영범 (상명대학교 정보통신공학과) ;
  • 최동규 (상명대학교 컴퓨터정보통신공학과) ;
  • 한재웅 (상명대학교 컴퓨터정보통신공학과) ;
  • 김도한 (상명대학교 컴퓨터정보통신공학과) ;
  • 김비철 (상명대학교 컴퓨터정보통신공학과) ;
  • 박진수 (상명대학교 컴퓨터정보통신공학과) ;
  • 한규훈 (상명대학교 컴퓨터정보통신공학과) ;
  • 허은성 (상명대학교 컴퓨터정보통신공학과)
  • Published : 2008.09.25

Abstract

In this paper, we are implemented low-power structure for Inter prediction, Intra prediction, Deblocking filter, Transform and Quantization blocks in H.264/AVC Encoder. The proposed Inter/Intra prediction blocks are shown 60.2% cell area reduction by adder reduction through Distributed Arithmetic, 44.3% add operation reduction using MUX for hardware share in Deblocking filter block. Furthermore we applied CSD and CSS process to reduce the cell area instead of multipliers that take a lot of area. The FPGA(Field Programmable Gate Array) and ARM Process based H.264/AVC encoder is implemented using proposed low power IPs. The proposed structure Platforms are implemented to interlock with FPGA and ARM processors. H.264/AVC Encoder implementation using Platforms shows that proposed low-power IPs can use H.264/AVC Encoder SoC effectively.

이 본문에서는 제안한 H.264/AVC 인코더의 서브 블록인 Inter prediction 블록, Intra prediction 블록, 디블로킹 필터블록, Transform & Quantization 블록에 대한 저전력 구조를 FPGA로 구현하였다. Inter/Intra prediction블록에서는 분산연산방식을 통해 가산기의 수륵 줄여 60.2%의 면적감소효과를 나타내었으며, 디블로킹 필터블록에서는 하드웨어 공유를 위한 MUX를 사용하여 덧셈연산의 수를 44.3%감소시켰다. 또한, Transform & Quantization 블록에 사용되는 곱셈연산을 CSD와 CSS방식으로 수행하여 면적을 그게 차지하는 곱셈기를 사용하지 않았다. 제안된 저전력 IP들을 사용하여 FPGA(Field Programmable Gate Array)와 ARM 프로세서 기반의 H.264/AVC 인코더를 구현하였다. Baseline Profile을 사용하였고 FPGA와 ARM프로세서가 연동하는 Platform으로 구현하였다. Platform을 사용한 H.264/AVC 인코더 구현을 통하여 제안된 각각의 저전력 IP들이 효율적으로 H.264/AVC 인코더 SoC에서 사용될 수 있음을 확인하였다.

Keywords

References

  1. Draft ITU-T recommendation and Final Draft International Standard Of Joint Video Specification(ITU-T Rec. H.264/ISO/IEC 14496- 10 AVC), Mar. 2003
  2. S. Y. Yap and J. V. McCanny, "A VLSI Architecture for Variable Block Size Video Motion Estimation", IEEE Trans. on Circuits and Systems II: Express Briefs, Vol. 51, issue 7, pp. 384-389, July 2004 https://doi.org/10.1109/TCSII.2004.829555
  3. 장영범, 오세만, 김비철, 유현중, "H.264 움직임 추정을 위한 효율적인 SAD 프로세서" 대한전자공학회논문지, 제44권 SP편, 제2호, 74-81쪽, 2007년 3월
  4. P. List, A. Joch, J. Lainema, G. Bjontegaard, and M. Karczewicz, "Adaptive deblocking filter", IEEE Trans. Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 13, no. 7, pp. 614-619, July 2003 https://doi.org/10.1109/TCSVT.2003.815175
  5. 장영범, 오세만, 박진수, 한규훈, 김수홍, "H.264용 Deblocking 필터의 저전력 구조", 대한전자공학회논문지, 제43권 SP편, 제3호, 92-99쪽, 2006년 5월
  6. lain E,G Richardson "H.264 and MPEG-4 Video Compression, Video Codig for Next-Generation Multimedia", WILEY, 2003
  7. 角野 眞也 ; 菊池 義活 ; 鈴木 輝彦 ; 정제창 (역), "H.264 TEXTBOOK", 2005, 서울, 홍릉과학출판사
  8. R.I Hartley, "subexpression sharing in filters using canonic signed digit multipliers', IEEE Trans. Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, vol. 43 No. 10, pp677-688, Oct. 1996 https://doi.org/10.1109/82.539000