Efficient HEVC and VVC video compression hardware designs
Verimli HEVC ve VVC video sıkıştırma donanım tasarımları
- Tez No: 854163
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MURAT KAYA YAPICI, PROF. DR. İLKER HAMZAOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Son yıllarda dijital video kullanımı çok arttı. Videoların hem uzamsal hem de zamansal çözünürlükleri arttığı için, daha yüksek sıkıştırma verimliliği elde etmek için, Yüksek Verimli Video Kodlama (HEVC) ve Çok Yönlü Video Kodlama (VVC) gibi yeni video sıkıştırma standartları geliştirildi. VVC daha yüksek hesaplama karmaşıklığı pahasına HEVC'den daha yüksek sıkıştırma verimliliğine sahiptir. Yaklaşık hesaplama, video sıkıştırma gibi hataya dayanıklı uygulamaların hesaplama karmaşıklığını azaltmak için kullanılabilir. Gerçek zamanlı video sıkıştırma için özel donanım gerçeklemeleri gerekmektedir. Bu tezde, verimli tam doğru HEVC ve VVC donanım gerçeklemeleri öneriyoruz. HEVC ve VVC algoritmalarının hesaplama karmaşıklığını azaltmak için, yaklaşık VVC kesirli interpolasyon (FI) filtreleri, yaklaşık sabit çarpma kullanan HEVC iki boyutlu (2D) ayrık kosinüs dönüşümü (DCT) ve yaklaşık VVC afin hareket tahmini (AME) öneriyoruz. Yaklaşık algoritmalar ve yaklaşık donanım kullanarak verimli yaklaşık HEVC ve VVC donanım gerçeklemeleri öneriyoruz. Bu tezde yaklaşık VVC FI filtreleri önerildi. Önerilen yaklaşık filtreler, çok küçük bir kalite kaybı pahasına VVC FI'nın hesaplama karmaşıklığını azaltmaktadır. Önerilen yaklaşık VVC FI filtrelerini gerçekleyen üç VVC FI donanımı da önerildi. Bellek tabanlı sabit çarpma kullanan yeni bir VVC FI donanımı önerildi. HEVC FI (HFI) ve VVC FI'nı (VFI) gerçeklemek için ayrıştırılmış katsayılar adlı yeni bir teknik önerildi. Önerilen teknik, FIR filtrelerinin katsayılarını toplama sayısını azaltacak şekilde ayrıştırmaktadır. Yeni bir yaklaşık sabit çarpma tekniği kullanılarak çarpma sayısını azaltacak şekilde ortak sabit çarpmaları bir defa hesaplayan HEVC 2D DCT donanımı önerildi. Literatürdeki bir HLS yazılımı kullanılarak VVC FI ve HEVC kesirli hareket tahmininin (FME) ilk FPGA gerçeklemeleri önerildi. HEVC DCT algoritmasının HLS yazılımı kullanılarak yeni FPGA gerçeklemeleri önerildi. Önerilen bir yaklaşık mutlak fark (AD) donanımı, yaklaşık toplayıcı ağacı ve alt örnekleme kullanılarak yaklaşık bir VVC AME donanımı önerildi.
Özet (Çeviri)
Digital video usage has significantly increased in recent years. Since both the spatial and temporal resolutions of videos increased, new video compression standards such as High Efficiency Video Coding (HEVC) and Versatile Video Coding (VVC) are developed to achieve higher compression efficiency. VVC has higher compression efficiency than HEVC at the cost of higher computational complexity. Approximate computing can be used to reduce the computational complexity of error tolerant applications such as video compression. Dedicated hardware implementations are required for real time video compression. In this thesis, we propose efficient exact HEVC and VVC hardware implementations. To reduce the computational complexity of HEVC and VVC algorithms, we propose approximate VVC fractional interpolation (FI) filters, HEVC two-dimensional (2D) discrete cosine transform (DCT) using approximate constant multiplication, and approximate VVC affine motion estimation (AME). We propose efficient approximate HEVC and VVC hardware implementations using approximate algorithms and approximate hardware. In this thesis, approximate VVC FI filters are proposed. The proposed approximate filters reduce computational complexity of VVC FI at the expense of very small quality loss. Three VVC FI hardware implementing the proposed approximate VVC FI filters are also proposed. A novel VVC FI hardware using memory based constant multiplication is proposed. A new technique called decomposed coefficients is proposed for implementing HEVC FI (HFI) and VVC FI (VFI). The proposed technique decomposes the coefficients of FIR filters such that the number of additions is reduced. A new approximate constant multiplication technique is used to propose a HEVC 2D DCT hardware, in which common constant multiplications are calculated once so that the number of multiplications is reduced. The first FPGA implementations of VVC FI and HEVC fractional motion estimation (FME) using an HLS tool in the literature are proposed. Novel FPGA implementations of HEVC DCT algorithm using an HLS tool are proposed. An approximate VVC AME hardware is proposed using a proposed approximate absolute difference (AD) hardware, approximate adder tree, and sub-sampling.
Benzer Tezler
- Low energy HEVC and VVC video compression hardware
Düşük enerjili HEVC ve VVC video sıkıştırma donanımları
HASAN AZGIN
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER HAMZAOĞLU
- Approximate computing based video compression hardware
Yaklaşık hesaplama temelli video sıkıştırma donanımları
BERKE AYRANCIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER HAMZAOĞLU
- Analysis of perceptual optimization in intra video coding
Video içi kodlamada algisal optimizasyonun analizi
ERÇETİN KUYUCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖZDE BOZDAĞI AKAR
- EfficientHEVC and VVC motion estimation hardware
Verimli HEVC ve VVC hareket tahmini donanımları
WAQAR AHMAD
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER HAMZAOĞLU
- Fast encoder implementation in high efficiency video coding (H.265/HEVC)
Yüksek verimlilikte video kodlama (H.265/YVVK) standardı için hızlı kodlayıcı uygulaması
ABDULKERİM ÖZTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGUN ERÇELEBİ