RTL Implementation of image compression techniques in WSN

The Wireless sensor networks have limitations regarding data redundancy, power and require high bandwidth when used for multimedia data. Image compression methods overcome these problems. Non-negative Matrix Factorization (NMF) method is useful in approximating high dimensional data where the data has non-negative components. Another method of the NMF called (PNMF) Projective Nonnegative Matrix Factorization is used for learning spatially localized visual patterns. Simulation results show the comparison between SVD, NMF, PNMF compression schemes. Compressed images are transmitted from base station to cluster head node and received from ordinary nodes. The station takes on the image restoration. Image quality, compression ratio, signal to noise ratio and energy consumption are the essential metrics measured for compression performance. In this paper, the compression methods are designed using Matlab.The parameters like PSNR, the total node energy consumption are calculated. RTL schematic of NMF SVD, PNMF methods is generated by using Verilog HDL

VLSI architectures design for encoders of High Efficiency Video Coding (HEVC) standard

The growing popularity of high resolution video and the continuously increasing demands for high quality video on mobile devices are producing stronger needs for more efficient video encoder. Concerning these desires, HEVC, a newest video coding standard, has been developed by a joint team formed by ISO/IEO MPEG and ITU/T VCEG. Its design goal is to achieve a 50% compression gain over its predecessor H.264 with an equal or even higher perceptual video quality. Motion Estimation (ME) being as one of the most critical module in video coding contributes almost 50%-70% of computational complexity in the video encoder. This high consumption of the computational resources puts a limit on the performance of encoders, especially for full HD or ultra HD videos, in terms of coding speed, bit-rate and video quality. Thus the major part of this work concentrates on the computational complexity reduction and improvement of timing performance of motion estimation algorithms for HEVC standard. First, a new strategy to calculate the SAD (Sum of Absolute Difference) for motion estimation is designed based on the statistics on property of pixel data of video sequences. This statistics demonstrates the size relationship between the sum of two sets of pixels has a determined connection with the distribution of the size relationship between individual pixels from the two sets. Taking the advantage of this observation, only a small proportion of pixels is necessary to be involved in the SAD calculation. Simulations show that the amount of computations required in the full search algorithm is reduced by about 58% on average and up to 70% in the best case. Secondly, from the scope of parallelization an enhanced TZ search for HEVC is proposed using novel schemes of multiple MVPs (motion vector predictor) and shared MVP. Specifically, resorting to multiple MVPs the initial search process is performed in parallel at multiple search centers, and the ME processing engine for PUs within one CU are parallelized based on the MVP sharing scheme on CU (coding unit) level. Moreover, the SAD module for ME engine is also parallelly implemented for PU size of 32×32. Experiments indicate it achieves an appreciable improvement on the throughput and coding efficiency of the HEVC video encoder. In addition, the other part of this thesis is contributed to the VLSI architecture design for finding the first W maximum/minimum values targeting towards high speed and low hardware cost. The architecture based on the novel bit-wise AND scheme has only half of the area of the best reference solution and its critical path delay is comparable with other implementations. While the FPCG (full parallel comparison grid) architecture, which utilizes the optimized comparator-based structure, achieves 3.6 times faster on average on the speed and even 5.2 times faster at best comparing with the reference architectures. Finally the architecture using the partial sorting strategy reaches a good balance on the timing performance and area, which has a slightly lower or comparable speed with FPCG architecture and a acceptable hardware cost

디스플레이 장치를 위한 고정 비율 압축 하드웨어 설계

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2016. 2. 이혁재.디스플레이 장치에서의 압축 방식은 일반적인 비디오 압축 표준과는 다른 몇 가지 특징이 있다. 첫째, 특수한 어플리케이션을 목표로 한다. 둘째, 압축 이득, 소비 전력, 실시간 처리 등을 위해 하드웨어 크기가 작고, 목표로 하는 압축률이 낮다. 셋째, 래스터 주사 순서에 적합해야 한다. 넷째, 프레임 메모리 크기를 제한시키거나 임의 접근을 하기 위하여 압축 단위당 목표 압축률을 실시간으로 정확히 맞출 수 있어야 한다. 본 논문에서는 이와 같은 특징을 만족시키는 세 가지 압축 알고리즘과 하드웨어 구조를 제안하도록 한다. LCD 오버드라이브를 위한 압축 방식으로는 BTC(block truncation coding) 기반의 압축 방식을 제안하도록 한다. 본 논문은 압축 이득을 증가시키기 위하여 목표 압축률 12에 대한 압축 방식을 제안하는데, 압축 효율을 향상시키기 위하여 크게 두 가지 방법을 이용한다. 첫 번째는 이웃하는 블록과의 공간적 연관성을 이용하여 비트를 절약하는 방법이다. 그리고 두 번째는 단순한 영역은 2×16 코딩 블록, 복잡한 영역은 2×8 코딩 블록을 이용하는 방법이다. 2×8 코딩 블록을 이용하는 경우 목표 압축률을 맞추기 위하여 첫 번째 방법으로 절약된 비트를 이용한다. 저비용 근접-무손실 프레임 메모리 압축을 위한 방식으로는 1D SPIHT(set partitioning in hierarchical trees) 기반의 압축 방식을 제안하도록 한다. SPIHT은 고정 목표 압축률을 맞추는데 매우 효과적인 압축 방식이다. 그러나 1D 형태인 1D SPIHT은 래스터 주사 순서에 적합함에도 관련 연구가 많이 진행되지 않았다. 본 논문은 1D SPIHT의 가장 큰 문제점인 속도 문제를 해결할 수 있는 하드웨어 구조를 제안한다. 이를 위해 1D SPIHT 알고리즘은 병렬성을 이용할 수 있는 형태로 수정된다. 인코더의 경우 병렬 처리를 방해하는 의존 관계가 해결되고, 파이프라인 스케쥴링이 가능하게 된다. 디코더의 경우 병렬로 동작하는 각 패스가 디코딩할 비트스트림의 길이를 미리 예측할 수 있도록 알고리즘이 수정된다. 고충실도(high-fidelity) RGBW 컬러 이미지 압축을 위한 방식으로는 예측 기반의 압축 방식을 제안하도록 한다. 제안 예측 방식은 두 단계의 차분 과정으로 구성된다. 첫 번째는 공간적 연관성을 이용하는 단계이고, 두 번째는 인터-컬러 연관성을 이용하는 단계이다. 코딩의 경우 압축 효율이 높은 VLC(variable length coding) 방식을 이용하도록 한다. 그러나 기존의 VLC 방식은 목표 압축률을 정확히 맞추는데 어려움이 있었으므로 본 논문에서는 Golomb-Rice 코딩을 기반으로 한 고정 길이 압축 방식을 제안하도록 한다. 제안 인코더는 프리-코더와 포스터-코더로 구성되어 있다. 프리-코더는 특정 상황에 대하여 실제 인코딩을 수행하고, 다른 모든 상황에 대한 예측 인코딩 정보를 계산하여 포스터-코더에 전달한다. 그리고 포스트-코더는 전달받은 정보를 이용하여 실제 비트스트림을 생성한다.제 1 장 서론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 연구 내용 4 1.3 논문 구성 8 제 2 장 이전 연구 9 2.1 BTC 9 2.1.1 기본 BTC 알고리즘 9 2.1.2 컬러 이미지 압축을 위한 BTC 알고리즘 10 2.2 SPIHT 13 2.2.1 1D SPIHT 알고리즘 13 2.2.2 SPIHT 하드웨어 17 2.3 예측 기반 코딩 19 2.3.1 예측 방법 19 2.3.2 VLC 20 2.3.3 예측 기반 코딩 하드웨어 22 제 3 장 LCD 오버드라이브를 위한 BTC 24 3.1 제안 알고리즘 24 3.1.1 비트-절약 방법 25 3.1.2 블록 크기 선택 방법 29 3.1.3 알고리즘 요약 31 3.2 하드웨어 구조 33 3.2.1 프레임 메모리 인터페이스 34 3.2.2 인코더와 디코더의 구조 37 3.3 실험 결과 44 3.3.1 알고리즘 성능 44 3.3.2 하드웨어 구현 결과 49 제 4 장 저비용 근접-무손실 프레임 메모리 압축을 위한 고속 1D SPIHT 54 4.1 인코더 하드웨어 구조 54 4.1.1 의존 관계 분석 및 제안하는 파이프라인 스케쥴 54 4.1.2 분류 비트 재배치 57 4.2 디코더 하드웨어 구조 59 4.2.1 비트스트림의 시작 주소 계산 59 4.2.2 절반-패스 처리 방법 63 4.3 하드웨어 구현 65 4.4 실험 결과 73 제 5 장 고충실도 RGBW 컬러 이미지 압축을 위한 고정 압축비 VLC 81 5.1 제안 알고리즘 81 5.1.1 RGBW 인터-컬러 연관성을 이용한 예측 방식 82 5.1.2 고정 압축비를 위한 Golomb-Rice 코딩 85 5.1.3 알고리즘 요약 89 5.2 하드웨어 구조 90 5.2.1 인코더 구조 91 5.2.2 디코더 구조 95 5.3 실험 결과 101 5.3.1 알고리즘 실험 결과 101 5.3.2 하드웨어 구현 결과 107 제 6 장 압축 성능 및 하드웨어 크기 비교 분석 113 6.1 압축 성능 비교 113 6.2 하드웨어 크기 비교 120 제 7 장 결론 125 참고문헌 128 ABSTRACT 135Docto

Codage vidéo basse complexité sans perte de qualité visuelle supportant les résolutions HD sur le DSP asynchrone Opus d'Octasic

Ce mémoire de recherche présente une nouvelle méthode de codage vidéo permettant l’optimisation des transferts de données vidéo à l’intérieur du système Vocallo MGW d’Octasic. Cette méthode est présentée comme une solution aux problèmes posés par l’échange de quantités importantes de données générées dans un système dans lequel un contenu vidéo haute-définition se trouve à l’état non compressé. Plus spécifiquement, ce travail se penche sur le problème du transfert de données vidéo sur un lien Gigabit Ethernet entre les coeurs d’une puce d’Octasic. Le Vocallo MGW est une application du processeur de traitement de signal asynchrone produit par Octasic. Cette technologie impose son lot de contraintes, tant au niveau des instructions à privilégier que de la gestion de la mémoire. La méthode de compression développée dans ce projet de recherche vise à satisfaire trois contraintes. La première est le taux de compression requis pour permettre une communication bidirectionnelle sur un lien Gigabit Ethernet. La seconde est le maintien de la qualité visuelle. La troisième est le temps d’exécution puisque la solution développée doit opérer en temps réel sur le système de traitement Vocallo MGW d’Octasic. La méthode de compression proposée est basée sur l’algorithme HACP-SBT tiré de la littérature mais contient plusieurs améliorations significatives pour rendre ce dernier fonctionnel dans le contexte du Vocallo MGW. Les contributions de ce travail incluent la réduction de la complexité de l’algorithme de prédiction, la définition d’une syntaxe et d’une technique flexible pour la mise en paquet ainsi que la création de trois modes de codage visant à respecter les contraintes fixées. Ces trois modes sont constitués d’un mode sans perte supplémenté de deux modes avec perte : le mode avec perte calculée favorisant la qualité visuelle et le mode avec perte rapide favorisant le temps d’exécution. L’analyse de ces trois modes de codage montre qu’ils permettent tous de respecter la contrainte du taux de compression et de la qualité visuelle. Cependant, seulement le traitement de petites résolutions, dont le QCIF, est assez rapide pour se conformer à la contrainte du temps réel