Approximate computing based video compression hardware

Abstract

Yaklaşık hesaplama sayısal donanımın alanını ve tükettiği gücü azaltmak ve hızını artırmak için işlem doğruluğunu feda eder. İnsan görüşünün sınırlı olması nedeniyle video kodlama ve video işleme gibi hesaplama karmaşıklığı yüksek bazı uygulamalar hataya toleranslıdır. Bu nedenle, bu tür uygulamalarda işlem doğruluğu alan, güç ve hız kazanımları için feda edilebilir. Bu tezde bir düşük hatalı yaklaşık mutlak fark donanımı önerildi ve H.264 hareket tahmini (HT) donanımında yaklaşık devreleri kullanmanın etkileri belirlendi. Uzamsal ve zamansal video çözünürlüğünün artması nedeniyle daha az kalite kaybıyla daha çok video sıkıştırmaya ihtiyaç vardır. Bu nedenle, yakın zamanda Çok Yönlü Video Kodlama (VVC) standardı geliştirildi. VVC'nin hesaplama karmaşıklığı önceki video sıkıştırma standartları H.264 ve HEVC'nin hesaplama karmaşıklıklarından daha yüksektir. HT video sıkıştırma standartlarının en yüksek hesaplama karmaşıklığı olan bölümüdür. VVC standardında daha önceki video sıkıştırma standartlarında kullanılmamış olan afin hareket tahmini (AHT) kullanılmaktadır. AHT daha çok video sıkıştırma yapmaktadır ama çok daha fazla hesaplama karmaşıklığına sahiptir. Bu tezde bir özgün VVC AHT donanımı önerildi.

Approximate computing trades off accuracy to improve area, power, speed of digital hardware. Many computationally intensive applications such as video encoding and video processing are error tolerant by nature due to the limitations of human visual perception. Therefore, approximate computing can be used to improve area, power, speed of digital hardware implementations of these error tolerant applications. In this thesis, a low error approximate absolute difference hardware is proposed and impact of using approximate circuits in H.264 motion estimation (ME) hardware is assessed. There is a need for more video compression with less quality loss due to significant increase in spatial and temporal video resolutions. Therefore, versatile video coding (VVC) video compression standard is recently developed. It is more computationally complex than previous video compression standards H.264 and high efficiency video coding (HEVC). ME is the most computationally complex part of video compression standards. VVC standard uses affine ME (AME) which is not used in previous video compression standards. AME achieves higher video compression at the expense of much more computational complexity. In this thesis, a novel VVC AME hardware is proposed.