| dc.creator | Muñoz, Marcello Morales | |
| dc.date.accessioned | 2025-04-22T09:45:53Z | |
| dc.date.available | 2025-04-22T09:45:53Z | |
| dc.date.issued | 2024-12-06 | |
| dc.identifier.citation | MUÑOZ, Marcello Morales. Arquiteturas de Hardware Dedicada para a Estimação de Movimento Affine UHD em tempo real do Padrão de Compressão de Vídeo Versatile Video Coding. Orientador: Marcelo Schiavon Porto. 2024. 81 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2024. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/15741 | |
| dc.description.abstract | The demand for streaming digital videos over the internet has significantly increased
in recent years. This substantial rise in video data traffic requires efficient compression
techniques for storage and transmission. Moreover, these compression techniques
must preserve image quality while addressing energy consumption and real-time pro cessing constraints. In this context, the Versatile Video Coding (VVC) compression
standard, also known as H.266, is the state-of-the-art video compression standard re leased in July 2020 by the Joint Video Experts Team (JVET).
VVC introduced several new tools to aid video compression compared to its pre decessor, the H.265/HEVC standard. This results in significant gains in compression
efficiency (the ratio of bit rate reduction to the encoded video quality), allowing for more
efficient transmission or storage of digital videos. One of the new tools added in VVC is
Affine prediction, which is used to characterize non-translational motion. This new tool
has the highest computational cost in the entire inter-frame prediction stage of the VVC
encoder. However, Affine prediction can provide gains of up to 2.18% in compression
efficiency (BD-Rate) in exchange for a 5.26% increase in encoding time.
Affine prediction supports two versions, using four or six parameters, where two
or three motion vectors are used, respectively. These vectors are inherited from the
reference block to be encoded and are used for reconstructing the block. This work
was designed and synthesized using ASIC hardware architectures for the Affine motion
estimation in the VVC standard, focusing on low energy consumption. The architectural
design emphasizes the capability to process real-time UHD 4K videos (3840 × 2160),
aiming for its application in mobile devices. Three architectures are presented: One for
Affine motion compensation with an area utilization of 189k Gates and 121mW power
dissipation. Another for the architecture that calculates the Affine ∆MV with 245k
Gates and 31mW of power dissipation. Also, an initial version of the gradient-based
coefficient generator is presented with 6,900k Gates and 4.8W power dissipation. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
| dc.language | eng | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
| dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
| dc.subject | Hardware | pt_BR |
| dc.subject | H.266/VVC | pt_BR |
| dc.subject | Affine ME | pt_BR |
| dc.subject | Motion estimation | pt_BR |
| dc.subject | Estimação de movimento | pt_BR |
| dc.title | Dedicated Hardware Architectures for the Affine Motion Estimation of Versatile Video Coding Video Standard for Real-Time UHD Videos | pt_BR |
| dc.title.alternative | Arquiteturas de Hardware Dedicada para a Estimação de Movimento Affine UHD em tempo real do Padrão de Compressão de Vídeo Versatile Video Coding | pt_BR |
| dc.type | masterThesis | pt_BR |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/1668540226304087 | pt_BR |
| dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-3827-3023 | pt_BR |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/5741927083446578 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Agostini, Luciano Volcan | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9604735363839730 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co2 | Corrêa, Guilherme Ribeiro | |
| dc.contributor.advisor-co2Lattes | http://lattes.cnpq.br/1389878856201800 | pt_BR |
| dc.description.resumo | A demanda de streaming de vídeos digitais pela internet está aumentando de forma significativa nos últimos anos. Este grande aumento no tráfego de dados de vídeo requer técnicas de compressão eficientes para armazenamento e transmissão. Além
disso, estas as técnicas de compressão devem preservar a qualidade da imagem, enquanto lidam com restrições de consumo de energia e processamento em tempo real. Neste cenário, o padrão de compressão de vídeo Versatile Video Coding (VVC), também conhecido como H.266, é o padrão de compressão de vídeo estado-da-arte, tendo sido lançado em julho de 2020 pelo Joint Video Experts Team (JVET). O VVC adicionou diversas novas ferramentas para auxiliar na compressão de vídeo, quando comparado ao seu antecessor, o padrão H.265/HEVC. Desta forma, proporcionando grandes ganhos em termos de eficiência de compressão (relação entre redução da taxa de bits e a qualidade do vídeo codificado) e permitindo a transmissão ou armazenamento de vídeos digitais de forma mais eficiente. Uma das novas ferramentas adicionadas no VVC é a predição Affine, que é utilizada para caracterizar movimentos não-translacionais, sendo que essa nova ferramenta possui o maior custo
computacional de toda a etapa de predição inter-quadros do codificador VVC. A predição Affine pode trazer ganhos de até 2,18% na eficiência de compressão (BD-Rate) em troca de um aumento de 5,26% no tempo de codificação. A predição Affine suporta duas versões, utilizando quatro ou seis parâmetros, onde dois ou três vetores de movimento são usados, respectivamente. Esses vetores são herdados do bloco de referência a ser codificado e são usados para reconstruir o bloco. Neste trabalho foi projetado e sintetizado arquiteturas de hardware ASIC para predição Affine do padrão VVC com foco em baixo consumo de energia. As arquiteturas são projetadas para processar vídeos UHD 4K (3840 × 2160) em tempo real, visando sua aplicação em dispositivos móveis. Três arquiteturas são apresentadas: uma para compensação de movimento Affine, com uma de área de 189k Gates e dissipação de potência de 121mW. Outra para a arquitetura que calcula o ∆MV Affine, com 245k Gates e dissipação de 31mW. Além disso, uma versão inicial do gerador de coeficientes baseado em gradiente do Affine com 6.900k Gates e dissipação de 4,8W. | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Porto, Marcelo Schiavon | |
| dc.subject.cnpq1 | CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |