Sovelluskohtainen signaaliprosessori HEVC ALF-suodattimelle

• Main Author: Hautala, I. (Ilkka)
• Format: Dissertation
• Language: Finnish
• Published: University of Oulu 2013
• Subjects: Information Engineering
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201308261634; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:fi:oulu-201308261634

Tässä työssä esitellään High Efficiency Video Coding-videopakkausstandardi ja kiinnitetään erityisesti huomiota standardin osana kehitettyyn adaptiiviseen silmukkasuodatukseen (ALF). Adaptiivinen silmukkasuodatus parantaa kuvanlaatua objektiivisesti ja subjektiivisesti. Suodatus poistaa muun muassa muunnoksista aiheutuvia virheitä, kvantisointikohinaa ja värisävymuutoksia. Suuri vaihtuvien kertoimien lukumäärä tekee ALF-suodattimesta laskennallisesti haastavan. Työssä esitellään erilaisia ALF-suodatukseen käytettyjä toteutuksia ja esitetään uusi energiatehokas reaaliaikaiseen ALF-suodatukseen teräväpiirtoresoluutioilla kykenevä ratkaisu. Tehty toteutus perustuu siirtoliipaistavan prosessoriarkkitehtuurin (TTA) käyttöön. 312,5 MHz:n kellotaajuudella toimiva prosessori kykenee suodattamaan yli 30 1920x1080 resoluution lumakehystä sekunnissa kuluttaen tehoa 32 mW. Prosessorin alhainen porttimäärä ja matala tehonkulutus mahdollistavat sen käytön sulautetuissa järjestelmissä. Ohjelmakoodi on kirjoitettu korkean tason ohjelmointikielellä, mikä mahdollistaa prosessorissa ajettavan sovelluksen nopean päivittämisen ja muuttamisen ilman, että prosessoriin joudutaan tekemään muutoksia. Kirjallisuusselvitykseen perustuen työssä esitetty ratkaisu on ensimmäinen täysin ohjelmoitava sulautettu ratkaisu ALF-suodatuksen toteuttamiseen. === This work will give a brief introduction to the High Efficiency Video Coding (HEVC) standard and especially Adaptive Loop Filtering (ALF) which is a part of the HEVC standard. ALF improves objective and subjective image quality and reduces errors caused by image transforms, quantization noise and color changes. Size of the ALF-filter and adaptive coefficients make it computationally complex. This research will give an overview of the state of the art in ALF implementations and presents a new energy efficient ALF solution. The proposed processor is based on Transport Triggered Architecture and it can process 1920x1080p luminance frames at over 30 frames per second, when operated at a clock frequency of 312,5 MHz. The Processor power consumption is 32 mW. Low power consumption and a low gate count make the proposed processor suitable for embedded devices. The processor program code is written in pure C-language, which allows the versatile use of the circuit and updates to the filter functionality without modifying the processor design. To the author best knowledge this is the first programmable solution for ALF on embedded devices.