Design of Architecture of Programmable Stack-based Video Processor with VHDL

VHDL을 이용한 프로그램 가능한 스택 기반 영상 프로세서 구조 설계

The main goal of this paper is to design a high performance SVP(Stack based Video Processor) for network applications. The SVP is a comprehensive scheme; 'better' in the sense that it is an optimal selection of previously proposed enhancements of a stack machine and a video processor. This can process effectively object-based video data using a S-RISC(Stack-based Reduced Instruction Set Computer) with a semi -general-purpose architecture having a stack buffer for OOP(Object-Oriented Programming) with many small procedures at running programs. And it includes a vector processor that can improve the MPEG coding speed. The vector processor in the SVP can execute advanced mode motion compensation, motion prediction by half pixel and SA-DCT(Shape Adaptive-Discrete Cosine Transform) of MPEG-4. Absolutors and halfers in the vector processor make this architecture extensive to a encoder. We also designed a VLSI stack-oriented video processor using the proposed architecture of stack-oriented video decoding. It was designed with O.5$\mu\textrm{m}$ 3LM standard-cell technology, and has 110K logic gates and 12 Kbits SRAM internal buffer. The operating frequency is 50MHz. This executes algorithms of video decoding for QCIF 15fps(frame per second), maximum rate of VLBV(Very Low Bitrate Video) in MPEG-4.

본 논문의 주요 목표는 고성능 SVP(Stack-based Video Processor)를 설계하는 것이다. SVP는 과거에 제안된 스택 머신과 영상 프로세서의 최적의 측면만을 선택함으로써 더 좋은 구조를 갖도록 하는 포괄적인 구조이다. 본 구조는 객체 지향형 프로그램의 소규모의 많은 서브루틴을 가지고 있기 때문에 스택 버퍼를 갖는 준범용 S-RISC(Stack-based Reduced Instruction Set Comuter)를 이용하여 객체 지향형 영상 데이터를 처리한다. 그리고 MPEG-4의 반화소 단위 처리와 고급 모드 움직임 보상, 움직임 예측, SA-DCT(Shape Adaptive-Discrete Cosine Transform)가 가능하며, 절대값기, 반감기를 가지고 있어서 부호화하기로 확장할 수 있도록 하였다. SVP는 0.6㎛ 3-메탈 계층 CMOS 표준 셀 기준을 이용하여 설계되었으며, 110K 로직 게이트와 12Kbit SRAM 내부 버퍼로 이루어지고 50 MHz의 동작 속도를 가진다 . MPEG-4의 VLBL(Very Low Bitrate Video) 최대 전송율인 QCIF 15fps(frame per second)로 영상 재생 알고리즘을 수행한다.