멀티미디어 코덱을 위한 고성능 움직임 추정 가속기 설계

Abstract

본 논문에서는 MPEG-2, MPEG-4 그리고 H.264/AVC 차세대 멀티미디어 코덱 등 다양한 멀티미디어 코덱에 사용되는 움직임 추정 (Motion Estimation)에서의 탐색영역 재사용을 위한 방법 및 하드웨어 구조와 서브픽셀 보간을 위한 알고리즘 및 하드웨어 구조를 제안한다. 움직임 벡터를 이용하여 동영상 신호를 부호화 하거나 복호화 하는 방법은 1984년 제안된 이후 동영상 신호 처리 과정 중 가장 많은 주목을 받아 왔으며 수많은 논문들과 상용화 칩들이 발표되어 왔다. H.264 표준 부호기의 경우 움직임 추정 및 보상 블록은 전체 연산량의 40%이상을 차지한다. H.264 표준의 움직임 추정 및 보상 구조의 경우 MPEG-4 등 기존의 동영상 압축 알고리즘에 비하여 압축 효율을 높이기 위하여 몇 가지 특징적인 알고리즘을 채용하고 있다. 영상을 더욱 선명하게 전달하고 화질을 보존하며 더욱 적은 정보량으로 압축하기 위해서, 움직임 벡터를 이용하여 동영상 신호를 부호화 하며, 보다 정확한 움직임 벡터를 찾기 위해 1/4 픽셀 보간 방법을 사용한다. 또한 화질 개선과 효율적인 Coding을 위하여 가변블록 및 Multiple Reference Frame을 지원한다. 일반적으로 기존의 방법은 많은 메모리 접근 횟수를 줄이기 위하여 탐색영역 안에서의 데이터 재사용에 초점을 맞춘다. 이와는 반대로 본 논문에서는 메모리 접근 횟수를 줄이기 위해 탐색영역 자체를 재사용하는데 초점을 맞추고 있다. 제안된 방법은 4개의 이웃한 블록들을 개별적으로 탐색영역을 메모리로부터 읽어오지 않고, 현재블록의 탐색영역 안에서 동시에 처리하기 때문에 메모리 접근 횟수를 줄일 수 있다. 또한 화질 저하없이 서브픽셀 보간의 가중치를 간단히 함으로써 곱셈기를 제거하였다. 요약하면, 제안된 탐색영역 재사용 방법은 효율적인 구조를 가지며, 기존의 일반적인 전 탐색 방법과 비교하여 메모리 접근횟수를 75% 줄일 수 있다. 제안된 서브픽셀 보간 알고리즘은 곱셈연산을 필요로 하지 않기 때문에 H.264/AVC와 기존의 논문보다 전력소모를 줄이고 복잡도를 더 줄일 수 있다.