효율적인 H.264/AVC용 동영상 압축기의 하드웨어 구조

Abstract

본 논문에서는 H.264/AVC용 동영상압축코덱의 알고리듬과 그 하드웨어 구조를 제안하였으며, 그 동작과 효율성을 확인하였다. 제안된 알고리듬과 하드웨어구조는 효율적인 메모리 사용과 파이프라인구조를 갖는 정수변환모듈, 디블록킹필터(Deblocking filter), 1/4의 처리시간을 갖는 MRF-VBSME(Multiple Reference Frame - Variable Block Size Motion Estimation), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coder), 그리고 intra frame predictor에 적용이 가능하며, 각각의 모듈을 통해 효율적인 동영상압축기를 구현할 수 있다. 제안한 H.264/AVC용 정수변환기는 순 방향 정수변환과 역 방향 정수변환을 동시에 처리 할 수 있는 병렬구조를 적용하여 속도를 높였으며, 양자화와 역 양자화 모듈의 구조를 간단히 하여 매크로블록의 처리단위인 384클록 내에 정수변환연산이 가능하게 하였다. 디블록킹 필터는 내부버퍼와 외부메모리와의 메모리밴드위스를 최소화시키기 위해 하이브리드방식의 필터연산순서를 적용하여 내부 버퍼와 내부 SRAM의 크기를 줄였다. 또한 하나의 매크로블록의 디블럭킹 필터 동작시간을 192클록에 처리함으로서 고속의 처리가 가능하도록 하였다. 다중참조프레임을 처리할 수 있는 가변 블록 크기의 움직임 예측기는 고속탐색을 위한 다중참조프레임의 화면 재배열 알고리듬을 적용하여 기존의 단일 참조프레임기반의 움직임 예측처리시간 내에 4장의 참조프레임에 기반을 둔 움직임예측이 가능하게 하였다. 또한 파이프라인 구조를 갖는 CAVLC는 효율적인 클럭 분할을 통해 고속연산이 가능하며, 32bit 단위의 출력을 통해 AMBA BUS 구조에 적합한 구조를 제안하였다. Intra Predictor의 경우 Gradient에 기반을 둔 판별식을 통해 4개의 후보모드에 대한 예측만을 수행함으로서 빠른 탐색이 가능하게 하였다. H.264/AVC용 동영상 압축기를 제안한 동영상 압축모듈을 통해 구현할 경우 각 모듈의 동작이 매크로 블록 단위의 처리시간인 384 클록을 만족하기 때문에 파이프라인 구조의 아키텍처를 구성할 수 있으며, 동영상 압축기의 처리 능력을 클록만으로 조정할 수 있다는 장점을 갖는다. 제안한 하드웨어 모듈들은 VHDL과 ModelSim, 그리고 C를 통해 동작의 정확성과 구조의 효용성을 확인하였다.