• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.774-780
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• 2017

본 논문은 HEVC의 엔트로피 코딩방법인 CABAC 부호화기를 위한 효율적인 이진 산술 부호화기 하드웨어 구조를 제안한다. CABAC은 HEVC 표준에서 사용되는 엔트로피 코딩 방법으로 통계적 중복성을 제거하여 영상의 높은 압축률을 지원한다. 하지만 이진 산술 부호화(Binary Arithmetic Encode)는 데이터 간의 의존 관계가 높아 병렬처리가 어렵고 실시간 처리의 지연이 발생 된다. 제안하는 이진 산술 부호화기는 입력으로 들어오는 빈을 고속으로 처리하기 위하여 재정규화 과정을 분리 시켜 동작하도록 설계한다. 기존의 반복적인 알고리즘을 병렬적으로 처리함으로써 최대지연시간(Critical Path)을 최적으로 줄일 수 있는 4단계의 파이프라인 구조로 설계하였다. 또한, 멀티-빈 구조를 적용하여 클록 사이클 당 3개의 빈을 처리한다. 제안하는 CABAC의 이진 산술 부호화기는 Verilog-HDL로 설계하였으며 65nm 공정으로 합성하였다. 합성 결과 게이트수는 8.07K 이며 최대 동작주파수는 769MHz로 최대 빈 처리량은 2307Mbin/s이다. 제안하는 하드웨어 구조는 기존의 이진 산술 부호화기와 비교하여 최대 빈 처리량이 26% 만큼 증가 하였다.

• 방송공학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.140-148
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• 2016

HEVC(High Efficiency Video Coding)는 H.264/AVC 대비하여 두 배 가까이 높은 압축률을 갖지만 부호화기의 복잡도가 크게 증가하였다. 이러한 높은 복잡도는 실시간 소프트웨어 부호화기 구현에 있어 문제가 될 수 있다. 부호화기의 계산복잡도를 줄이기 위하여 본 논문에서는 첫 번째로 화면 내 예측과정에서 입력 영상의 변환계수의 분포를 분석하여 예측블록의 크기와 모드를 빠르게 결정짓는 방법을 제안한다. 두 번째로, cbf(coded block flag)를 이용하여 예측블록의 크기를 빠르게 결정짓는 방법도 제안한다. 제안된 방법은 HM16.0 대비 0.8%의 비트율 증가하였지만 41%의 부호화 속도를 향상시켰다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.594-600
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• 2017

본 논문에서는 고성능 HEVC(High Efficiency Video Coding) 부호기를 위한 전역탐색 기반의 움직임추정 알고리즘과 이에 적합한 하드웨어 구조를 제안한다. HEVC 화면 간 예측에서의 움직임추정은 시간적 중복성을 제거하기 위하여 보간 된 참조 픽쳐에서 현재 PU와 상관도가 높은 예측 블록을 탐색하는 과정으로 전역탐색 알고리즘과 고속탐색 알고리즘을 이용한다. 전역 탐색 기법은 주어진 탐색 영역내의 모든 후보 블록에 대하여 움직임을 예측하기 때문에 최적의 결과를 보장하지만 연산량 및 연산시간이 많은 단점을 지닌다. 그러므로 본 논문에서는 Inter Prediction의 연산량 및 연산시간을 줄이기 위해 전역탐색에서 SAD연산을 재사용하여 연산복잡도를 줄이는 새로운 알고리즘을 제안하고 이에 적합한 하드웨어 구조를 제안한다. 제안된 알고리즘은 HEVC 표준 소프트웨어 HM16.12에 적용하여 검증한 결과 기존 전역탐색 알고리즘보다 연산시간은 61%, BDBitrate는 11.81% 감소하였고, BDPSNR은 약 0.5% 증가하였다. 또한 하드웨어설계 결과 최대 동작주파수는 255 Mhz, 총 게이트 수는 65.1K 이다.

• 스마트미디어저널
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• 제3권4호
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• pp.16-21
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• 2014

HEVC 차세대 비디오 압축 표준은 ITU-TSG16 WP와 ISO/IEC JTC1/SC29, WG 11 두 단체 공동으로 2013년 표준화가 완료되었으며 기존 H.264 하이프로파일과 비교하여 압축효율은 두배 정도이다. HEVC에서 화면내 예측 (intra prediction) 모드는 planar와 DC 모드를 포함한 35개의 방향성 모드가 있으나 모든 모드를 적용한 부호화기를 구현하기 위해서는 하드웨어 복잡도가 증가하며 각 코딩유닛(coding unit) 사이즈에 따라 정확한 모드예측을 위한 RDO (rate distortion optimization) 계산에 필요한 DCT 사이즈도 증가하였기 때문에 본 논문에서는 하드웨어 사이즈를 줄이기 위하여 양자화를 위한 DCT와 SSE 계산을 위한 RDO 블럭내 DCT를 공유하는 화면내 예측부호기를 제안한다. 성능은 HEVC 참조소프트웨어인 HM-13.0과 비교하여 BD-rate는 평균 20% 증가하며 부호화시간은 4배 이상 단축되어 300MHz에서 FHD ($1920{\times}1080p$) 영상의 초당 60 프레임 실시간 부호화가 가능하다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2015년도 추계학술대회
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• pp.401-404
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• 2015

본 논문에서는 UHD급 영상의 실시간 처리를 위한 고성능 HEVC(High Efficiency Video Coding) In-loop Filter 부호화기의 효율적인 하드웨어 구조를 제안한다. HEVC는 양자화 에러로 발생하는 화질 열화 문제를 해결하기 위해 Deblocking Filter와 SAO(Sample Adaptive Offset)로 구성된 In-loop Filter를 사용한다. 본 논문에서 제안하는 In-loop Filter 부호화기 하드웨어 구조에서 Deblocking Filter와 SAO는 수행시간 단축을 위해 $32{\times}32CTU$를 기준으로 2단 하이브리드 파이브라인 구조를 갖는다. Deblocking Filter는 10단계 파이프라인 구조로 수행되며, 메모리 접근 최소화 및 참조 메모리 구조의 단순화를 위해 효율적인 필터링 순서를 제안한다. 또한 SAO는 화소들의 분류와 SAO 파라미터 적용을 2단계 파이프라인 구조로 구현하고, 화소들의 처리를 간소화 및 수행 사이클 감소를 위해 두 개의 병렬 Three-layered Buffer를 사용한다. 본 논문에서 제안하는 In-loop Filter 부호화기 하드웨어 구조는 Verilog HDL로 설계하였으며, TSMC 0.13um CMOS 표준 셀 라이브러리를 사용하여 합성한 결과 약 205K개의 게이트로 구현되었다. 또한 110MHz의 동작주파수에서 4K UHD급 해상도인 $3840{\times}2160@30fps$의 실시간 처리가 가능하다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2014년도 추계학술대회
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• pp.271-274
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• 2014

본 논문에서는 UHD급 영상의 실시간 처리를 위한 고성능 HEVC(High Efficiency Video Coding) SAO(Sample Adaptive Offset) 부호화기의 효율적인 하드웨어 구조를 제안한다. SAO는 HEVC에서 새롭게 채택된 루프 내 필터 기술 중 하나이다. 본 논문에서 제안하는 SAO 부호화기 하드웨어 구조는 메모리 접근 최소화 및 화소들의 처리를 간소화하기 위해 three-layered buffer를 사용한다. 또한 연산시간 및 연산량을 줄이기 위해서 4개의 화소들을 병렬적으로 에지 오프셋과 밴드 오프셋으로 분류하며, 화소들의 분류와 SAO 파라메터 적용을 2단계 파이프라인 구조로 구현하고, 하드웨어 면적을 줄이기 위해서 덧셈과 뺄셈, 쉬프트 연산, 그리고 재귀 비교기만을 사용한다. 본 논문에서 제안하는 SAO 부호화기 하드웨어 구조는 Verilog HDL로 설계하였으며, TSMC $0.18{\mu}m$ CMOS 표준 셀 라이브러리를 사용하여 합성한 결과 약 180k개의 게이트로 구현되었다. 또한, 110MHz의 동작주파수에서 4K UHD급 해상도인 $4096{\times}2160@30fps$의 실시간 처리가 가능하다.

• 전기전자학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.583-589
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• 2015

HEVC CABAC에서는 하나의 빈을 부호화한 후 확률 모델을 업데이트하고, 업데이트된 확률 모델로 다음 빈을 부호화한다. 기존 CABAC 부호화기는 매 사이클마다 1개의 빈밖에는 부호화하지 못하여 처리율을 향상시킬 수 없었다. 본 논문에서는 확률 모델의 업데이트가 필요없는 우회 빈을 병렬처리 함으로서 처리율을 높인 HEVC CABAC 부호화기를 제안한다. 설계된 CABAC 부호화기는 매 사이클마다 1개의 정규 빈을 처리하거나 최대 4개의 우회 빈을 처리할 수 있으며, 평균적으로 매 사이클당 1.15~1.92개의 빈을 처리한다. 0.18 um 공정에서 합성한 결과, 게이트 수는 메모리를 포함하여 78,698 게이트, 최대 동작 속도는 136 MHz, 최대 처리율은 261 Mbin/s이다.

• 전자공학회논문지
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• 제50권6호
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• pp.260-264
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• 2013

This paper proposes a fast enhancement layer coding method to reduce computational complexity for Scalable HEVC (SHVC) which is based on High Efficiency Video Coding (HEVC). The proposed method decreases encoding time by simplifying Rate Distortion Optimization (RDO)for enhancement layers (EL). The simplification is achieved by restricting CU depths based on the correlation of coding unit (CU) depths between adjacent layers and scalability (spatial or quality) of EL. Comparing with the performance of SHM 1.0 software encoder, the proposed method reduces the encoding time by up to 31.5%.

• ETRI Journal
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• 제38권5호
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• pp.807-817
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• 2016

A novel fast algorithm is suggested for a coding unit (CU) mode decision using pseudo rate-distortion based on a separated encoding structure in High Efficiency Video Coding (HEVC). A conventional HEVC encoder requires a large computational time for a CU mode prediction because prediction and transformation procedures are applied to obtain a rate-distortion cost. Hence, for the practical application of HEVC encoding, it is necessary to significantly reduce the computational time of CU mode prediction. As described in this paper, under the proposed separated encoder structure, it is possible to decide the CU prediction mode without a full processing of the prediction and transformation to obtain a rate-distortion cost based on a suitable condition. Furthermore, to construct a suitable condition to improve the encoding speed, we employ a pseudo rate-distortion estimation based on a Hadamard transformation and a simple quantization. The experimental results show that the proposed method achieves a 38.68% reduction in the total encoding time with a similar coding performance to that of the HEVC reference model.

• 전자공학회논문지
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• 제52권12호
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• pp.167-173
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• 2015

본 논문에서는 고해상도(Full-HD)급의 비디오를 처리할 수 있는 고효율 비디오 코딩(HEVC) 표준을 따르는 인코더 IP 설계에 대하여 기술한다. 설계된 IP는 HEVC 메인 프로파일 4.1급에 해당되며, 프레임 레이트는 60 fps 로 실시간 인코딩 가능하다. 하드웨어 및 소프트웨어 IP 설계 전에 C 언어로 전체 참조 모델을 개발하였으며 고속처리를 위한 병렬처리구조와 저 전력을 위한 스킵모드를 제안하였다. 또한 IP 관련 펌웨어 및 드라이버 프로그램을 작성하였다. IP 검증을 위한 플랫폼을 개발하였고 설계된 통합 IP를 FPGA 보드로 구현하여 다양한 영상에 대하여 여러 인코딩 조건에서 기능 및 성능을 검증하였다. HM-13.0대비 동일 PSNR에서 약 35% 정도의 비트율 감소와 저전력 모드에서 약 25% 정도의 전력 소모 감소 효과가 있었다.