본 연구에서는 4K UHD($3840{ imes}2160$) 영상을 실시간 복호화하기 위한 $4{ imes}4$ 블록 병렬 보간 H.264/AVC 움직임보상기를 제안한다. 연산처리 성능을 향상시키기 위해 보간 연산을 $4{ imes}4$ 블록 단위로 병렬화시켰으며, 병렬 보간 연산에서 필요한 메모리 대역폭을 확장하기 위해 $9{ imes}9$개의 메모리 어레이를 가진 2D 캐쉬 버퍼 구조를 설계하였다. 그리고 2D 캐쉬 버퍼는 검색영역 간 재사용 기법을 적용하여 참조화소의 중복저장을 최소화하였으며, $4{ imes}4$ 블록 병렬 보간 필터는 3단(수평 수직 1/2부화소, 대각선 1/2부화소, 1/4부화소) 평면 보간 연산 파이프라인 구조로 설계하여 연산회로를 고속화시켰다. 0.13um 공정에서 시뮬레이션한 결과, 161K게이트의 H.264/AVC 움직임보상기는 동작주파수 150MHz에서 4K UHD급 동영상을 초당 72프레임으로 실시간 처리하는 성능을 보였다.
In this paper, we proposed a $4{ imes}4$ block parallel architecture of interpolation for high-performance H.264/AVC Motion Compensation in 4K UHD($3840{ imes}2160$) video real time processing. To improve throughput, we design $4{ imes}4$ block parallel interpolation. For supplying the $9{ imes}9$ reference data for interpolation, we design 2D cache buffer which consists of the $9{ imes}9$ memory arrays. We minimize redundant storage of the reference pixel by applying the Search Area Stripe Reuse scheme(SASR), and implement high-speed plane interpolator with 3-stage pipeline(Horizontal Vertical 1/2 interpolation, Diagonal 1/2 interpolation, 1/4 interpolation). The proposed architecture was simulated in 0.13um standard cell library. The maximum operation frequency is 150MHz. The gate count is 161Kgates. The proposed H.264/AVC Motion Compensation can support 4K UHD at 72 frames per second by running at 150MHz.
