초록

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본 논문에서는 High Efficiency Video Coding (HEVC)을 하드웨어로 구현하기 위해서 파이프라인 방식을 인-루프 필터에 새롭게 도입된 기술인 Sample Adaptive Offset (SAO)에 적용하여 병렬화 처리하는 방법을 제안한다. 현재 HEVC 에서 SAO 의 입출력이 프레임단위로 구현되어 있는데, 이를 파이프라인 방식의 하드웨어 설계시에는 Largest Coding Unit(LCU)단위로 입출력이 가능하도록 수정해야 한다. SAO 에서 사용하는 두 가지 방식으로 Edge Offset(EO)과 Band Offset(BO)모드가 있으며, 이 중 EO 모드가 주변 화소값을 이용하므로 주변 화소값 정보가 없는 LCU 경계에 위치한 화소들을 버퍼에 저장한 뒤, 다음 LCU 블록의 입력과 함께 SAO 를 수행한다. 또한, SAO 앞 단의 인-루프 필터 기술인 디블록킹 필터(Deblocking Filter)에서도 LCU 단위로 입출력이 수행되므로 디블록킹 필터에서 저장하는 버퍼를 고려하면, SAO 입력에서 사용가능한 데이터는 LCU 가 천이된 형태가 된다. 따라서 SAO 입력의 천이된 형태와 버퍼 사용에 따라 총 9 가지 타입을 갖게 되며, 이 중 경계에 위치한 블록을 제외한 타입들의 경우 서로 다른 정보를 가진 SAO 를 4 번 수행해야 한다. 이러한 점을 반영한 파이프라인 방식을 SAO 에 적용하여 하드웨어에 적합한 구조를 구현할 수 있다.

본 논문에서는 High Efficiency Video Coding (HEVC)을 하드웨어로 구현하기 위해서 파이프라인 방식을 인-루프 필터에 새롭게 도입된 기술인 Sample Adaptive Offset (SAO)에 적용하여 병렬화 처리하는 방법을 제안한다. 현재 HEVC 에서 SAO 의 입출력이 프레임단위로 구현되어 있는데, 이를 파이프라인 방식의 하드웨어 설계시에는 Largest Coding Unit(LCU)단위로 입출력이 가능하도록 수정해야 한다. SAO 에서 사용하는 두 가지 방식으로 Edge Offset(EO)과 Band Offset(BO)모드가 있으며, 이 중 EO 모드가 주변 화소값을 이용하므로 주변 화소값 정보가 없는 LCU 경계에 위치한 화소들을 버퍼에 저장한 뒤, 다음 LCU 블록의 입력과 함께 SAO 를 수행한다. 또한, SAO 앞 단의 인-루프 필터 기술인 디블록킹 필터(Deblocking Filter)에서도 LCU 단위로 입출력이 수행되므로 디블록킹 필터에서 저장하는 버퍼를 고려하면, SAO 입력에서 사용가능한 데이터는 LCU 가 천이된 형태가 된다. 따라서 SAO 입력의 천이된 형태와 버퍼 사용에 따라 총 9 가지 타입을 갖게 되며, 이 중 경계에 위치한 블록을 제외한 타입들의 경우 서로 다른 정보를 가진 SAO 를 4 번 수행해야 한다. 이러한 점을 반영한 파이프라인 방식을 SAO 에 적용하여 하드웨어에 적합한 구조를 구현할 수 있다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 논문에서는 HEVC 를 하드웨어로 구현하기 위해 파이프라인 방식을 적용하여 SAO 의 입출력을 프레임단위의 입출력에서 LCU 단위의 입출력으로 수정하기 위한 방법을 제안하였다. 이를 위해 LCU 단위 입력에 따른 버퍼 설정과 SAO 수행영역 설정을 통해 하나의 LCU 블록 당 최대 4 번의 SAO 를 적용하게 된다.
• EO 를 이용한 SAO 방법에서 주변 화소값을 이용하기 때문에 프레임단위로 영상을 입력 받을 경우에는 문제가 없지만, 파이프라인과 같은 하드웨어 설계 기술을 이용할 경우 LCU 단위로 영상을 입력 받을 때에는 LCU 경계에서 주변 화소값을 이용하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 LCU 단위로 영상이 입력되는 파이프라인 방식이 적용되는 SAO 설계 시 LCU 경계의 주변 화소값에 대한 새로운 입출력 방식을 제안한다.
• 또한 디블록킹 필터에서 필요한 버퍼를 고려하여 입력이 쉬프트되어 들어온다는 것을 감안하면, 프레임 경계에 위치한 블록을 제외한 부분에서 하나의 LCU 입력 당 총 4 개의 SAO 를 적용해야 하는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 파이프라인 구조를 위한 LCU 단위 입력과 디블록킹 출력 형태를 고려하여 SAO 수행 영역을 설정하고, 해당 LCU 블록에서 필요한 버퍼 설정과 그에 따른 SAO 수행 방법을 제시한다. 실험 결과 는 제안된 SAO 수행 방법을 적용하였을 경우에도 기존 방법과 동일한 RD 성능을 얻을 수 있음을 보여주었다.

제안 방법

• 파이프라인 방식을 위한 LCU 단위 SAO 처리를 위해 본 제안 방법에서는 LCU 의 크기가 64×64 인 경우, 오른쪽 및 하단의 4 줄의 화소를 배제하여 60×60 의 화소 정보를 이용한다.
• 이를 위해 LCU 단위 입력에 따른 버퍼 설정과 SAO 수행영역 설정을 통해 하나의 LCU 블록 당 최대 4 번의 SAO 를 적용하게 된다. 파이프라인 방식의 SAO 를 구현하여 테스트하기 위해, SAO 의 입력으로 들어오는 디블록킹 필터의 출력을 LCU 단위로 수정하고 버퍼를 설정하여 LCU 의 위치에 따라 버퍼의 입출력 형태를 정의하였다. 본 제안 방법을 HEVC 참조 소프트웨어와 실험한 결과 프레임단위 입력 방법과 동일한 출력 영상을 얻었음을 확인할 수 있었다.

성능/효과

• 파이프라인 방식의 SAO 를 구현하여 테스트하기 위해, SAO 의 입력으로 들어오는 디블록킹 필터의 출력을 LCU 단위로 수정하고 버퍼를 설정하여 LCU 의 위치에 따라 버퍼의 입출력 형태를 정의하였다. 본 제안 방법을 HEVC 참조 소프트웨어와 실험한 결과 프레임단위 입력 방법과 동일한 출력 영상을 얻었음을 확인할 수 있었다.
• 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 파이프라인 구조를 위한 LCU 단위 입력과 디블록킹 출력 형태를 고려하여 SAO 수행 영역을 설정하고, 해당 LCU 블록에서 필요한 버퍼 설정과 그에 따른 SAO 수행 방법을 제시한다. 실험 결과 는 제안된 SAO 수행 방법을 적용하였을 경우에도 기존 방법과 동일한 RD 성능을 얻을 수 있음을 보여주었다.

후속연구

• 본 논문에서 제시한 방법을 이용하여 HEVC 를 하드웨어로 구현이 가능할 것으로 예상되며, 향후 연구과제로는 LCU 블록 단위 입력 당 SAO 수행 횟수를 줄이기 위해, SAO 의 merge up flag 와 merge left flag 등의 신택스 정보를 활용하여 고속화를 진행할 수 있을 것으로 예상된다.

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이 논문을 인용한 문헌

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