A Study on the Hardware Design of High-Throughput HEVC CABAC Binary Arithmetic Encoder

높은 처리량을 갖는 HEVC CABAC 이진 산술 부호화기의 하드웨어 설계에 관한 연구

This paper proposes entropy coding method of HEVC CABAC Encoder for efficient hardware architecture. The Binary Arithmetic Encoder requires data dependency at each step, which is difficult to be operated in a fast. Proposed Binary Arithmetic Encoder is designed 4 stage pipeline to quickly process the input value bin. According to bin approach, either MPS or LPS is selected and the binary arithmetic encoding is performed. Critical path caused by repeated operation is reduced by using the LUT and designed as a shift operation which decreases hardware size and not using memory. The proposed Binary Arithmetic Encoder of CABAC is designed using Verilog-HDL and it was implemented in 65nm technology. Its gate count is 3.17k and operating speed is 1.53GHz.

본 논문은 HEVC의 엔트로피 코딩방법인 CABAC Encoder를 위한 효율적인 하드웨어 구조를 제안한다. CABAC의 이진 산술 부호화(Binary Arithmetic Encode)는 각 단계간의 의존도가 높아 빠른 연산이 어렵다. 제안하는 이진 산술 부호화기는 입력으로 들어오는 빈을 고속으로 처리하기 위하여 4단계의 파이프라인 구조로 설계 되었다. 입력 빈의 값에 따라 MPS(Most Probable Symbol) 혹은 LPS(Least Probable Symbol)로 결정되어 이진 산술 부호화를 수행 하며 반복되는 연산으로 발생하는 Critical path는 LUT를 사용하여 줄일 수 있었고 하드웨어 면적을 줄이기 위해 메모리를 사용하지 않는 구조로 설계 되었다. 제안하는 CABAC의 이진 산술 부호화기는 Verilog-HDL로 설계하였으며 65nm 공정으로 합성하였다. 합성 결과 게이트수는 3.17k 이며 최대 동작주파수는 1.53GHz이다.