Low energy HEVC and VVC video compression hardware
Düşük enerjili HEVC ve VVC video sıkıştırma donanımları
- Tez No: 566197
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLKER HAMZAOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Video sıkıştırma standartları, bir sayısal videonun içindeki gereksiz bilgileri, yüksek hesaplama karmaşıklığına sahip algoritmalar yardımıyla, azaltarak veya kaldırarak videoyu sıkıştırır. Videoların zamansal ve uzaysal çözünürlüğü arttıkça, video sıkıştırma algoritmalarının sıkıştırma etkinliği de artmaktadır. Ancak bu artan sıkıştırma etkinliği, yüksek hesaplama karmaşıklığını da beraberinde getirmektedir. Bu yüzden, video sıkıştırma algoritmalarının donanımlarının alanını ve harcadıkları enerji miktarını azaltmak için, bu algoritmaların hesaplama karmaşıklığını, görsel kaliteyi düşürmeden azaltmak gereklidir. Bu tezde, HEVC çerçeve içi öngörü algoritmasının hesaplama miktarını azaltmak için orijinal bir teknik önerilmektedir. Önerilen teknik kullanılarak, düşük enerjili, yeniden ayarlanabilir HEVC çerçeve içi öngörü donanımı tasarlanmıştır. Önerilen teknik ve DSP blokları kullanılarak, düşük enerjili bir HEVC çerçeve içi öngörü FPGA gerçeklemesi tasarlanmıştır. Yeniden ayarlanabilir VVC çerçeve içi öngörü mimarisi önerilmektedir. DSP bloklarının kullanıldığı, etkin bir VVC çerçeve içi öngörü mimarisi önerilmektedir. Düşük enerjili VVC kesikli aradeğerleme donanımı tasarlanmıştır. Orijinal bir yaklaşık mutlak fark hesaplama tekniği önerilmektedir. Önerilen teknik kullanılarak düşük enerjili yaklaşık mutlak değer hesaplama donanımları tasarlanmıştır. Orijinal bir yaklaşık sabit çarpma tekniği önerilmektedir. Önerilen teknik kullanılarak, yaklaşık sabit çarpma donanımı tasarlanmıştır. Önerilen tekniklerin sağladığı hesaplama azaltmaları ve yaklaşık tekniklerin neden olduğu video kalitesi kayıpları ölçüldü. Önerilen yaklaşık mutlak değer tekniği ve yaklaşık sabit çarpma tekniği çok düşük PSNR kaybına neden oldu. Önerilen diğer teknikler ise PSNR kaybına neden olmadı. Önerilen donanım mimarileri Verilog donanım tasarlama dili ile gerçeklendi. Verilog RTL kodları Xilinx Virtex 6 veya Xilinx Virtex 7 FPGA'larına sentezlendi ve güç tüketimleri Xilinx XPower Analyzer aracı ile tahmin edildi. Önerilen teknikler, bu FPGA gerçeklemelerinin güç ve enerji tüketimlerini önemli ölçüde azalttı.
Özet (Çeviri)
Video compression standards compress a digital video by reducing and removing redundancy in the digital video using computationally complex algorithms. As spatial and temporal resolutions of videos increase, compression efficiencies of video compression algorithms are also increasing. However, increased compression efficiency comes with increased computational complexity. Therefore, it is necessary to reduce computational complexities of video compression algorithms without reducing their visual quality in order to reduce area and energy consumption of their hardware implementations. In this thesis, we propose a novel technique for reducing amount of computations performed by HEVC intra prediction algorithm. We designed low energy, reconfigurable HEVC intra prediction hardware using the proposed technique. We also designed a low energy FPGA implementation of HEVC intra prediction algorithm using the proposed technique and DSP blocks. We propose a reconfigurable VVC intra prediction hardware architecture. We also propose an efficient VVC intra prediction hardware architecture using DSP blocks. We designed low energy VVC fractional interpolation hardware. We propose a novel approximate absolute difference technique. We designed low energy approximate absolute difference hardware using the proposed technique. We propose a novel approximate constant multiplication technique. We designed approximate constant multiplication hardware using the proposed technique. We quantified computation reductions achieved by the proposed techniques and video quality loss caused by the proposed approximation techniques. The proposed approximate absolute difference technique and approximate constant multiplication technique cause very small PSNR loss. The other proposed techniques cause no PSNR loss. We implemented the proposed hardware architectures in Verilog HDL. We mapped the Verilog RTL codes to Xilinx Virtex 6 or Xilinx Virtex 7 FPGAs and estimated their power consumptions using Xilinx XPower Analyzer tool. The proposed techniques significantly reduced power and energy consumptions of these FPGA implementations.
Benzer Tezler
- Low energy HEVC video compression hardware designs
Düşük enerjili HEVC video sıkıştırma donanımı tasarımları
ERCAN KALALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER HAMZAOĞLU
- Low energy video processing and compression hardware designs
Düşük enerjili görüntü işleme ve sıkıştırma donanım tasarımları
ERCAN KALALI
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER HAMZAOĞLU
- Van der Waals metoduyla magic sayılarda taban durumu ve uyartılmış durumlar
With the method of Van der Waals, ground state and excited states of the magic numbers
NAZLI KARAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiAdıyaman ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET EKMEKÇİ
- Çoklu dirac parçacık sistemlerinin kuantum elektrodinamiği
Quantum electrodynamics of multiple dirac particle systems
ABDULLAH GÜVENDİ
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUSUF SUCU
- Katmanlar arası dokusuz yüzey takviyeli hibrit kompozitler geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Development of interlayer nonwoven reinforced hybrid composites and investigation of their properties
TEBERNUŞ TİYEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GAYE KAYA