Heuristic-based Algorithms and Hardware Designs for Fast Intra-picture Prediction in AV1 Video Coding.
Abstract
A codificação de vídeo para fins de compressão é indispensável para qualquer
aplicação ou serviço baseado na manipulação de vídeos digitais. Sem compressão,
conteúdo de vídeo digital moderno requer uma quantidade proibitiva de dados.
Um formato de codificação de vídeo define o formato de representação do conteúdo
de vídeo em uma forma comprimida, para ser utilizada de maneira conveniente para
armazenamento e transmissão. Formatos de vídeo são tipicamente padronizados e
têm codificadores e decodificadores de vídeo desenvolvidos para eles, implementados
tanto em software quanto em hardware. Esta tese apresenta algoritmos apropriados
para implementação em hardware, capazes de reduzir o número de operações
associadas à etapa de decisão de modo da predição intraquadros em um codificador
de vídeo, que é um dos módulos do codificador que mais consome recursos de
processamento. Ainda, esta tese também apresenta arquiteturas em hardware que
implementam os algoritmos propostos, otimizadas para baixa potência dissipada e alta
eficiência energética. Todas as soluções de software e hardware descritas nesta tese
têm como alvo o formato AOMedia Video 1 (AV1), que é o estado da arte em formatos
de vídeo abertos e livres de royalties. Todos os algoritmos propostos foram testados
no software de referência do codificador AV1, utilizando-se condições comuns de teste
deste campo de pesquisa, e todas as arquiteturas de hardware foram descritas em
VHDL e sintetizadas para tecnologia TSMC 40nm. Os resultados de eficiência de
compressão e tempo de codificação dos algoritmos propostos e, também,
os resultados de custo em portas lógicas e consumo de energia das arquiteturas de
hardware, confirmam que as soluções desenvolvidas durante este projeto de
doutorado atendem as demandas das tecnologias atuais de vídeo, como a codificação
de resoluções Ultra-High Definition (UHD) em alta velocidade e alta qualidade visual.
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