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dc.creatorMuñoz, Marcello Morales
dc.date.accessioned2025-04-22T09:45:53Z
dc.date.available2025-04-22T09:45:53Z
dc.date.issued2024-12-06
dc.identifier.citationMUÑOZ, 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.urihttp://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/15741
dc.description.abstractThe 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.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pelotaspt_BR
dc.rightsOpenAccesspt_BR
dc.subjectHardwarept_BR
dc.subjectH.266/VVCpt_BR
dc.subjectAffine MEpt_BR
dc.subjectMotion estimationpt_BR
dc.subjectEstimação de movimentopt_BR
dc.titleDedicated Hardware Architectures for the Affine Motion Estimation of Versatile Video Coding Video Standard for Real-Time UHD Videospt_BR
dc.title.alternativeArquiteturas de Hardware Dedicada para a Estimação de Movimento Affine UHD em tempo real do Padrão de Compressão de Vídeo Versatile Video Codingpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1668540226304087pt_BR
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-3827-3023pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5741927083446578pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Agostini, Luciano Volcan
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9604735363839730pt_BR
dc.contributor.advisor-co2Corrêa, Guilherme Ribeiro
dc.contributor.advisor-co2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1389878856201800pt_BR
dc.description.resumoA 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.programPrograma de Pós-Graduação em Computaçãopt_BR
dc.publisher.initialsUFPelpt_BR
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRApt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.rights.licenseCC BY-NC-SApt_BR
dc.contributor.advisor1Porto, Marcelo Schiavon
dc.subject.cnpq1CIENCIA DA COMPUTACAOpt_BR


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