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DCT 기반 인트라 예측 인코더를 위한 효율적인 하드웨어 설계
Effective hardware design for DCT-based Intra prediction encoder

차기종    (국립한밭대학교   ); 류광기    (국립한밭대학교  );
  • 초록

    본 논문에서는 인트라 모드 결정으로 인해 발생되는 연산 복잡도 문제를 줄이기 위해 DCT 기반 인트라 예측을 사용하는 효율적인 하드웨어 구조를 제안한다. 제안된 하드웨어 구조는 처음 입력 블록에 대해 DCT를 수행하고 DCT 계수의 특성을 이용하여 에지 방향성을 예측한다. 그리고 예측된 에지 방향에 해당하는 모드에 대해서만 화면 내 예측을 수행함으로써 복잡도 문제를 해결하였다. DCT 하드웨어 구조는 4개의 덧셈기와 4개의 뺄셈기, 2개의 쉬프트 연산기로 구성된 Transform_PE를 이용하여 Multitransform_PE를 구현하였고 $4{\times}4$ 블록 DCT를 1 사이클에 계산한다. 또한, 15개의 덧셈기, 15개의 쉬프트 연산기로 구성된 Intra_pred_PE를 통해 2 사이클에 하나의 화면 내 예측을 수행한다. 따라서 하나의 매크로블록을 인코딩할 때 517 사이클을 소요하며 기존의 하드웨어 구조 보다 수행 사이클 수에 있어서 17%의 성능이 향상됨을 보였다. 본 논문의 하드웨어 구조는 DCT 기반 인트라 예측 알고리즘을 사용하며 Verilog HDL을 이용하여 구현되었고, 매그나칩 공정 $0.18{\mu}m$ 셀 라이브러리로 합성 결과 최대 125MHz에서 동작함을 확인하였다.


    In this paper, we proposed an effective hardware structure using DCT-based inra-prediction mode selection to reduce computational complexity caused by intra mode decision. In this hardware structure, the input block is transformed at first and then analyzed to determine its texture directional tendency. the complexity has solved by performing intra prediction in only predicted edge direction. $4{\times}4$ DCT is calculated in one cycle using Multitransform_PE and Inta_pred_PE calculates one prediction mode in two cycles. Experimental results show that the proposed Intra prediction encoding needs only 517 cycles for one macroblock encoding. This architecture improves the performance by about 17% than previous designs. For hardware implementation, the proposed intra prediction encoder is implemented using Verilog HDL and synthesized with Megnachip $0.18{\mu}m$ standard cell library. The synthesis results show that the proposed architecture can run at 125MHz.


  • 주제어

    DCT 기반 인트라 예측 .   효율적인 하드웨어 설계.  

  • 참고문헌 (9)

    1. Iain E. G. Richardson, The H.264 Advanced Video Compression Standard, 2nd Edition, John Wiley & Sons, August 2010. 
    2. Iain E. G. Richardson, The H.264 and MPEG Video Compression, John Wiley & Sons, December 2003. 
    3. Joint Video Team[JVT] Reference Software JM13.2 
    4. L. Wang, L.M. Po, and S.Y. Li "Enhanced SAITD Cost Function for H.264/AVC Intra 4x4 Mode Decision," International Symposium on Circuits and Systems, pp. 1-4, Aug. 2010. 
    5. Heng-Yao Lin, Kuan-Hsien Wu, Bin-Da Liu, "An Efficient VLSI Architecture for Transform-Based Intra Prediction in H.24/AVC," IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. vol. 20, no. 6, pp. 894-906, June 2010. 
    6. T. Hattori, K. Ichige, "Intra Prediction Mode Decision in H.264/AVC using DCT Coefficients," International Symposium on Circuits and Systems, pp. 135-138, Dec. 2006. 
    7. M.G. Sarwer, Q.M.J. Wu, "Enhanced Low Complex Cost Function for H.264/AVC Intra Mode Decision," IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 1, no. 5, pp. 46-50, May 2011. 
    8. Y. K. Lin, Ch. W. Ku, D. W. Li, and T. S. Chang, "A 140-MHz 94K Gates HD1080p 30-frames/s intra-only profile H.264 encoder," IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 19, no. 3, pp.432-436, Mar. 2009. 
    9. K. Suh, S. Park, and H. Cho, "An efficient hardware architecture of intra prediction and TQ/IQIT module for H.264 encoder," ETRI J., vol. 27, no. 5, pp. 511-524, Oct. 2005. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Jin, Xianzhe ; Ryoo, Kwangki 2012. "A Design of High Performance Operation Intra Predictor for H.264/AVC Decoder" 한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, 16(11): 2503~2510     

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