본 논문에서는 동영상의 실시간 부/복호화를 위한 하드웨어 기반의 CAVLC 엔트로피 부/복호화기 구조를 제안한다. H.264/AVC의 무손실 압축 기법인 내용기반 가변길이 부호화(Context-based Adaptive Variable Length Coding)는 이전 표준의 기법과 다른 알고리즘을 채용하여 높은 부호화 효율과 복잡도를 가지고 있다. 이를 하드웨어 구조로 설계하기 위하여 메모리 재사용 기법을 적용하여 리소스를 최적화 하였으며, 지금까지 제시된 여러 엔트로피 부/복호화 구조 중 휴대용 기기에 적합한 성능 대비 리소스를 가지는 구조를 선택하고 이를 병렬 처리 구조로 설계하여 부호화 성능을 향상시켰다. 구현된 전체 모듈은 Altera사의 Excalibur 디바이스를 이용하여 검증하고 삼성 STD130 0.18um CMOS Cell Library를 이용하여 합성 및 검증하였다. 이를 ASIC으로 구현할 경우 부호화기는 150Mhz 동작주파수에서 CIF 크기의 동영상을 초당 300프레임 이상 처리하며 복호화기는 140Mhz 동작주파수에서 CIF 크기의 동영상을 초당 250 이상 처리할 수 있다. 본 결과는 하드웨어 기반의 H.264/AVC 실시간 부호화기와 복호화기를 설계하기에 적합한 하드웨어 구조임을 보여준다.
In this paper, we propose an advanced hardware architecture for the CAVLC entropy encoder/decoder engine for real time video compression. The CAVLC (Context-based Adaptive Variable Length Coding) is a lossless compression method in H.264/AVC and it has high compression efficiency but has computational complexity. The reference memory size is optimized using partitioned storing method and memory reuse method which are based on partiality of memory referencing. We choose the hardware architecture which has the most suitable one in several encoder/decoder architectures for the mobile devices and improve its performance using parallel processing. The proposed architecture has been verified by ARM-interfaced emulation board using Altera Excalibur and also synthesized on Samsung 0.18 um CMOS technology. The synthesis result shows that the encoder can process about 300 CIF frames/s at 150MHz and the decoder can process about 250 CIF frames/s at 140Mhz. The hardware architectures are being used as core modules when implementing a complete H.264/AVC video encoder/decoder chip for real-time multimedia application.
