Hardware Implementation of a Fast Inter Prediction Engine for MPEG-4 AVC

In this paper, we propose an advanced hardware architecture for the fast inter prediction engine of the video coding standard MPEG-4 AVC. We describe the algorithm and derive the hardware architecture emphasizing and real time operation of the quarter_pel based motion estimation. The fast inter prediction engine is composed of block segmentation, motion estimation, motion compensation, and the fast quarter_pel calculator. The proposed architecture has been verified by ARM-interfaced emulation board using Excalibur & Virtex2 FPGA, and also by synthesis on Samsung 0.18 um CMOS technology. The synthesis result shows that the proposed hardware can operate at 62.5MHz. In this case, it can process about 88 QCIF video frames per second. The hardware is being used as a core module when implementing a complete MPEG-4 AVC video encoder chip for real-time multimedia application.

MPEG-4 AVC를 위한 고속 인터 예측기의 하드웨어 구현

본 논문에서는 MPEG-4 AVC 부호화기를 위한 고속 인터 예측기에 대한 하드웨어 구조를 제안한다. 동영상 압축기술인 MPEG-4 AVC 부호화기의 전체 구성 중에서 핵심 부분인 인터 예측기를 1/4화소 단위로 움직임 추정을 수행 할 수 있도록 하드웨어 구조를 설계하였으며 이를 위해 블록 조각화, 움직임 추정, 움직임 보정의 기본적인 구조를 구성하고 실시간 동영상 부호화를 할 수 있도록 인터 메모리와 1/4화소 단위 고속 블록 계산기 등을 이용하였다. 구현된 전체 모듈은 Altera Excalibur 디바이스와 Xilinx Virtex2 디바이스를 이용한 FPGA 구성을 통해 검증하고 삼성 STD130 0.18um CMOS Cell Library를 이용하여 합성 및 검증을 하였다. 이렇게 검증된 구조의 성능은 ASIC으로 구현할 경우 최대 동작 주파수가 약 62.5MHz이며 성능은 QCIF크기의 영상데이터를 기준으로 초당 약 88프레임의 인터예측을 수행할 수 있다. 본 성능은 하드웨어 기반의 MPEG-4 AVC 실시간 부호화기를 설계하기에 적합한 구조임을 보여준다.