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dc.creatorPorto, Roger Endrigo Carvalho
dc.date.accessioned2020-11-26T13:53:46Z
dc.date.available2020-11-26T13:53:46Z
dc.date.issued2020-04-13
dc.identifier.citationPORTO, Roger Endrigo Carvalho. Exploração de Computação Aproximada no Projeto de Hardware Dedicado de Baixo Consumo para a Codificação de Vídeo em Dispositivos Móveis. 2020. 119 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Computação, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2020pt_BR
dc.identifier.urihttp://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/6660
dc.description.abstractEnergy efficiency has become a primary concern in the design of digital systems for multimedia, especially for mobile devices. At the same time, it is a big challenge to develop energy-aware algorithms and low-power hardware architectures while keeping the trade-off with coding efficiency. In this way, a promising approach for the design of energy-efficient digital systems is a paradigm called approximate computing. This approach explores the error-resiliency or error tolerance of some applications. The error tolerance combined with the limitations of the human vision system improves the efficiency of approximate computing in video coding applications. Video coding is an example of application that can be improved in energy efficiency by inserting approximate computing techniques. The introduction of a limited amount of approximate computing in the prediction steps algorithms often results in acceptable quality loss. With this in mind, several hardware solutions with low power dissipation were developed and presented in this Doctoral Thesis: one architecture aiming intraframe prediction, two architectures aiming interframe prediction and a power-precision scalable adder. The solution for intraframe prediction is an energy-quality scalable SAD unit. This architecture is able to process UHD 8K videos at 60 frames per second with power savings of 27% and a slight coding efficiency loss from 0.28% to 1.72%. The first approximate solution for interframe prediction is an architecture for motion estimation with low power dissipation. This architecture reached power savings from 7% to 11.5%. The impacts on the coding efficiency are negligible: between 0.6% and 2.5%. The second architecture is a complete solution for motion estimation. This solution can process UHD 8K videos in real time at 120 frames per second and have the highest throughput and the best result in terms of energy efficiency among all related works. Finally, a power-precision scalable adder has been developed. This operator is a dynamically configurable imprecise adder, supporting a wide range of applications.pt_BR
dc.description.sponsorshipSem bolsapt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pelotaspt_BR
dc.rightsOpenAccesspt_BR
dc.subjectComputaçãopt_BR
dc.subjectComputação aproximadapt_BR
dc.subjectEficiência energéticapt_BR
dc.subjectCodificação de vídeopt_BR
dc.subjectApproximate computingpt_BR
dc.subjectEnergy efficiencypt_BR
dc.subjectVideo codingpt_BR
dc.titleExploração de computação aproximada no projeto de hardware dedicado de baixo consumo para a codificação de vídeo em dispositivos móveispt_BR
dc.title.alternativeUsing approximate computing for energy- efficient video coding architectures targeting mobile devicespt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5614213528512401pt_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-co2Roma, Nuno Filipe Valentim
dc.description.resumoA eficiência energética tornou-se uma preocupação essencial no projeto de arquiteturas em hardware dedicadas a aplicações multimídia, especialmente se o alvo de aplicação for dispositivos móveis, onde o consumo de energia é fator crítico para a vida útil das baterias. Ao mesmo tempo é um grande desafio desenvolver algoritmos e arquiteturas de hardware de baixo consumo/potência mantendo a eficiência de codificação. Nesse contexto, o paradigma chamado computação aproximada é uma abordagem promissora para arquiteturas em hardware com baixo consumo. A computação aproximada toma por base a tolerância a erros de algumas aplicações para realizar simplificações. A partir dessas simplificações, é possível obter uma redução substancial no consumo energético. A codificação de vídeo é um exemplo de aplicação que pode ter seu consumo energético reduzido através da inserção de técnicas de computação aproximada, pois a aplicação de computação aproximada nos algoritmos das etapas de predição geralmente resulta em perdas aceitáveis nos resultados de eficiência de codificação. Levando essas questões em consideração, várias soluções de hardware com baixa dissipação de potência foram desenvolvidas e apresentadas nesta tese: uma arquitetura com foco na predição intraquadro, duas arquiteturas com foco na predição interquadros e um operador aritmético escalável. A arquitetura para cálculo de SAD na predição intraquadro é capaz de processar vídeos UHD 8K a 60 quadros por segundo obtendo redução de 27% na potência dissipada e impactos de 0,28% a 1,72% na eficiência da codificação. A primeira solução aproximada para predição interquadros é uma arquitetura para estimação de movimento com baixa dissipação de potência. Os impactos na eficiência da codificação foram de 0,6% a 2,5%, contrastando com redução na dissipação de potência de 7% a 11,5%. A segunda solução é uma arquitetura completa para estimação de movimento. Como resultado, a arquitetura projetada é capaz de processar vídeos UHD 8K em tempo real a uma taxa de 120 quadros por segundo, alcançando a maior taxa de processamento e a maior eficiência energética entre todos os trabalhos relacionados. Por fim, foi desenvolvido um somador escalável em precisão e energia que pode ser configurado para suportar uma grande variedade de pontos de operação de acordo com as necessidades da aplicação alvo.pt_BR
dc.publisher.departmentCentro de Desenvolvimento Tecnológicopt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Computaçãopt_BR
dc.publisher.initialsUFPelpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOpt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.contributor.advisor1Porto, Marcelo Schiavon


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