UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE INFORMÁTICA

PROGRAMA DE POS-GRADUAÇÃO EM COMPUTAÇÃO

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DEFESA DE DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Aluno: Guilherme Ribeiro Corrêa

Orientador: Prof. Dr. Sergio Bampi

Co-orientador: Prof. Dr. Luciano Agostini (UFPel)

Titulo: Estudo e Desenvolvimento de Heurísticas e Arquiteturas de Hardware para Decisão Rápida do Modo de Codificação de Bloco para o Padrão H.264/AVC

Linha de Pesquisa: Microeletrônica

Data: 03/09/2010

Hora: 13h30

Local: Auditório Vermelho – Prédio 43.412(65)

Banca Examinadora:

Prof. Dr. Altamiro Amadeu Susin (UFRGS)

Prof. Dr. Julio Carlos Balzano de Mattos (UFPel)

Prof. Dr. Valter Roesler (UFRGS)

Presidente da Banca: Prof. Dr. Sergio Bampi

Resumo:

O processo de compressão de vídeo é essencial para aplicações que utilizam vídeos digitais. O alto volume de informações contidas em um vídeo digital requer que um processo de compressão seja aplicado antes de este ser armazenado ou transmitido. O padrão H.264/AVC, estado-da-arte em termos de compressão de vídeo, introduziu um conjunto de ferramentas inéditas em relação a outros padrões, as quais possibilitam um ganho significativo em eficiência de compressão, diminuindo a taxa de bits sem perda na qualidade da imagem. Contudo, o preço deste ganho reside em um significativo aumento na complexidade de codificação.

No padrão H.264/AVC, a codificação pode acontecer de acordo com um dos 13 modos de codificação intra-quadro ou de acordo com um dos 8 tamanhos de bloco disponíveis para a predição inter-quadros. A escolha de melhor modo utilizada pelo software de referência do padrão (JM 17.1) é baseada em uma busca exaustiva pelo melhor modo, realizando a codificação repetidamente para todos os modos até que o menor custo em termos de taxa de bits e distorção seja encontrado. Esta decisão aumenta drasticamente o fluxo de codificação, muitas vezes impossibilitando a codificação de vídeos digitais em tempo real.

Neste contexto, a presente dissertação apresenta o estudo e o desenvolvimento de um conjunto de heurísticas que possibilitam a avaliação do melhor modo de codificação de bloco em um processo mais rápido que o usado pelo software de referência. Ao invés da realização do fluxo completo de codificação para todos os modos seguida por uma avaliação do melhor caso, propõe-se um conjunto de análises prévias que convergem para a decisão de apenas um modo de codificação. A redução atingida no número de repetições do processo de codificação foi de 47 vezes, ao custo de um aumento relativamente pequeno na taxa de bits. Quando comparada com outros trabalhos, a decisão rápida atingiu resultados expressivamente mais satisfatórios em termos de complexidade computacional, sem perda de qualidade ou aumento de taxa de bits significativo.

Foram desenvolvidas arquiteturas de hardware que implementam as heurísticas propostas. A arquitetura de decisão intra-quadro atingiu uma frequência máxima de 105 MHz, enquanto que a arquitetura de decisão inter-quadros apresentou uma frequência de 118 MHz para dispositivos FPGA Virtex 5 da Xilinx, sendo ambas capazes de processar vídeos de alta definição em tempo real.

Palavras-Chave: Compressão de Vídeo, H.264/AVC, Decisão de Modo de Codificação, Projeto de Hardware Digital.