Hardware Design of High Performance HEVC Deblocking Filter for UHD Videos

This paper proposes a hardware architecture for high performance Deblocking filter(DBF) in High Efficiency Video Coding for UHD(Ultra High Definition) videos. This proposed hardware architecture which has less processing time has a 4-stage pipelined architecture with two filters and parallel boundary strength module. Also, the proposed filter can be used in low-voltage design by using clock gating architecture in 4-stage pipeline. The segmented memory architecture solves the hazard issue that arises when single port SRAM is accessed. The proposed order of filtering shortens the delay time that arises when storing data into the single port SRAM at the pre-processing stage. The DBF hardware proposed in this paper was designed with Verilog HDL, and was implemented with 22k logic gates as a result of synthesis using TSMC 0.18um CMOS standard cell library. Furthermore, the dynamic frequency can process UHD 8k($7680{\times}4320$) samples@60fps using a frequency of 150MHz with an 8K resolution and maximum dynamic frequency is 285MHz. Result from analysis shows that the proposed DBF hardware architecture operation cycle for one process coding unit has improved by 32% over the previous one.

UHD 영상을 위한 고성능 HEVC 디블록킹 필터 설계

본 논문에서는 UHD(Ultra High Definition) 영상을 위한 고성능 HEVC(High Efficiency Video Coding) 디블록킹 필터 하드웨어 구조를 제안한다. 제안하는 하드웨어 구조는 필터링 수행시간 단축을 위해 두 개의 필터로 구성된 4단 파이프라인 구조를 가지며 경계강도 모듈을 병렬 구조로 설계하였다. 또한 저전력 하드웨어 구조를 위해 파이프라인의 단계를 클록 게이팅으로 설계하였고, 파이프라인 과정에서 단일 포트 SRAM에 접근할 때 발생하는 해저드 문제를 해결하기 위해 분할된 메모리 구조로 설계하였다. 전처리 단계에서 단일 포트 SRAM에 데이터를 저장할 때 발생하는 지연시간을 감소하기 위해 새로운 필터링 순서를 제안하였다. 본 논문에서 제안하는 디블록킹 필터 하드웨어 구조는 Verilog HDL로 설계 하였으며, TSMC 0.18um CMOS 표준 셀 라이브러리를 이용하여 합성한 결과 22k 개의 로직 게이트로 구현되었다. 또한, 동작 주파수는 150MHz에서 UHD급 8K 해상도인 $7680{\times}4320@60fps$ 처리가 가능하고 최대 동작 주파수는 285MHz이다. 제안하는 하드웨어 구조의 기본 처리단위 당 사이클 수를 비교 분석한 결과, 처리율이 기존 구조 대비 32% 향상된 결과를 얻었다.