A Study on Architecture of Motion Compensator for H.264/AVC Encoder

Motion compensation always produces the principal bottleneck in the real-time high quality video applications. Therefore, a fast dedicated hardware is needed to perform motion compensation in the real-time video applications. In many video encoding methods, the frames are partitioned into blocks of Pixels. In general, motion compensation predicts present block by estimating the motion from previous frame. In motion compensation, the higher pixel accuracy shows the better performance but the computing complexity is increased. In this paper, we studied an architecture of motion compensator suitable for H.264/AVC encoder that supports quarter-pixel accuracy. The designed motion compensator increases the throughput using transpose array and 3 6-tap Luma filters and efficiently reduces the memory access. The motion compensator is described in VHDL and synthesized in Xilinx ISE and verified using Modelsim_6.1i. Our motion compensator uses 36-tap filters only and performs in 640 clock-cycle per macro block. The motion compensator proposed in this paper is suitable to the areas that require the real-time video processing.

H.264/AVC부호화기용 움직임 보상기의 아키텍처 연구

움직임 보상은 고화질의 실시간 비디오 응용에 있어서 언제나 주된 병목을 초래한다. 따라서 실시간 비디오 응용에서는 움직임 보상을 수행하는 고속의 전용 하드웨어를 필요로 한다. 여러 동영상 부호화 방식에서 영상프레임은 픽셀의 블록으로 분할된다. 일반적으로 움직임 보상은 이전 프레임으로부터 움직임을 추정하여 현재의 블록을 예측하게 된다. 움직임 보상에 사용되는 화소 정밀도가 높을수록 보다. 좋은 성능을 갖지만 연산량은 증가하게 된다. 본 논문에서는 1/4 화소 정밀도를 지원하는 H.264/AVC 부호화기에 적합한 움직임 보상기의 아키텍처를 연구하였다. 설계된 움직임 보상기는 전치 배열과 휘도 6-tap 필터 3개를 사용하여 높은 하드웨어 이용률을 갖게 하였으며 내부 메모리의 크기를 감소시켰다. VHDL을 사용하여 기술하였으며, Xilinx ISE툴을 사용하여 합성하고, Modelsim_6.1i를 사용하여 검증하였다. 설계된 움직임 보상기는 단지 3개의 6-tap 필터만을 사용하면서 매크로블록 당 640 클럭 사이클에 수행하였다. 본 논문에서 제안하는 움직임 보상기는 실시간 비디오 처리를 요구하는 분야에 응용 가능할 것으로 사료된다.