The Hardware Design of Effective Deblocking Filter for HEVC Encoder

HEVC 부호기를 위한 효율적인 디블록킹 하드웨어 설계

In this paper, we propose effective Deblocking Filter hardware architecture for High Efficiency Video Coding encoder. we propose Deblocking Filter hardware architecture with less processing time, filter ordering for low area design, effective memory architecture and four-pipeline for a high performance HEVC(High Efficiency Video Coding) encoder. Proposed filter ordering can be used to reduce delay according to preprocessing. It can be used for realtime single-port SRAM read and write. it can be used in parallel processing by using two filters. Using 10 memory is effective for solving the hazard caused by a single-port SRAM. Also the proposed filter can be used in low-voltage design by using clock gating architecture in 4-pipeline. The proposed Deblocking Filter encoder architecture is designed by Verilog HDL, and implemented by 100k logic gates in TSMC $0.18{\mu}m$ process. At 150MHz, the proposed Deblocking Filter encoder can support 4K Ultra HD video encoding at 30fps, and can be operated at a maximum speed of 200MHz.

본 논문에서는 고해상도를 위한 고성능 HEVC(High Efficiency Video Coding) 디블록킹 필터 하드웨어 구조를 제안한다. 제안하는 하드웨어 구조는 필터링 수행시간 단축과 게이트 수 감소를 위한 효율적인 필터링 순서 및 메모리 구조를 가진다. 제안하는 필터링 순서는 전처리 단계에서 단일 포트 SRAM에 데이터를 저장할 때 발생하는 지연시간을 감소시켰고, 고해상도 영상의 실시간 처리를 위해 4단 파이프라인 구조와 10개의 메모리 구조로 설계하였다. 제안하는 메모리 구조는 단일 포트 SRAM을 접근하면서 발생하는 해저드 문제를 해결하였다. 또한 필터링 수행시간을 단축하기 위해 두개의 필터를 사용하여 병렬처리 구조로 구현하였으며, 저전력 하드웨어 구조를 위해 클록 게이팅 구조로 설계하였다. 본 논문에서 제안하는 디블록킹 필터 부호화기 하드웨어는 Verilog HDL로 설계 하였으며, TSMC $0.18{\mu}m$ CMOS 표준 셀 라이브러리를 이용하여 합성한 결과 100k개의 로직 게이트로 구현되었다. 또한, 동작 주파수는 150MHz에서 4K 해상도인 $4096{\times}2160@30$ 처리가 가능하다.