VLSI Circuits, Systems, and Architectures for Advanced Image and Video Compression Standards

Modern image and video standards achieve very high compression ratios and include several coding modes in order to address applications with different requirements ranging from low-complexity to high-quality/high-end applications. As a consequence, VLSI circuits, systems, and architectures are mandatory to effectively address the above-mentioned challenges and application demands/characteristics with low power consumption. This special issue is dedicated to research problems and innovative solutions in all aspects of design and architecture addressing realization issues of cutting-edge standards for image and video compression. The authors have focused on different aspects including i) VLSI architectures for computationally intensive blocks, as the DCT and the intra-frame coding mode; ii) Automatic code generation and multicore implementation of complex video encoders, as MPEG4 and H.264. Due to the increasing importance of stereo and 3D video processing an invited paper dealing with this topic is included in the issu

A Cost Shared Quantization Algorithm and its Implementation for Multi-Standard Video CODECS

The current trend of digital convergence creates the need for the video encoder and decoder system, known as codec in short, that should support multiple video standards on a single platform. In a modern video codec, quantization is a key unit used for video compression. In this thesis, a generalized quantization algorithm and hardware implementation is presented to compute quantized coefficient for six different video codecs including the new developing codec High Efficiency Video Coding (HEVC). HEVC, successor to H.264/MPEG-4 AVC, aims to substantially improve coding efficiency compared to AVC High Profile. The thesis presents a high performance circuit shared architecture that can perform the quantization operation for HEVC, H.264/AVC, AVS, VC-1, MPEG- 2/4 and Motion JPEG (MJPEG). Since HEVC is still in drafting stage, the architecture was designed in such a way that any final changes can be accommodated into the design. The proposed quantizer architecture is completely division free as the division operation is replaced by multiplication, shift and addition operations. The design was implemented on FPGA and later synthesized in CMOS 0.18 μm technology. The results show that the proposed design satisfies the requirement of all codecs with a maximum decoding capability of 60 fps at 187.3 MHz for Xilinx Virtex4 LX60 FPGA of a 1080p HD video. The scheme is also suitable for low-cost implementation in modern multi-codec systems

Compressão de imagem e vídeo com controlador ARM

Este trabalho foi desenvolvido num estágio na empresa ABS GmbH sucursal em Portugal, e teve como foco a compressão de imagem e vídeo com os padrões JPEG e H.264, respetivamente. Foi utilizada a plataforma LeopardBoard DM368, com um controlador ARM9. A análise do desempenho de compressão de ambos os padrões foi realizada através de programas em linguagem C, para execução no processador DM368. O programa para compressão de imagem recebe como parâmetros de entrada o nome e a resolução da imagem a comprimir, e comprime-a com 10 níveis de quantização diferentes. Os resultados mostram que é possível obter uma velocidade de compressão até 73 fps (frames per second) para a resolução 1280x720, e que imagens de boa qualidade podem ser obtidas com rácios de compressão até cerca de 22:1. No programa para compressão de vídeo, o codificador está configurado de acordo com as recomendações para as seguintes aplicações: videoconferência, videovigilância, armazenamento e broadcasting/streaming. As configurações em cada processo de codificação, o nome do ficheiro, o número de frames e a resolução do mesmo representam os parâmetros de entrada. Para a resolução 1280x720, foram obtidas velocidades de compressão até cerca de 68 fps, enquanto para a resolução 1920x1088 esse valor foi cerca de 30 fps. Foi ainda desenvolvida uma aplicação com capacidades para capturar imagens ou vídeos, aplicar processamento de imagem, compressão, armazenamento e transmissão para uma saída DVI (Digital Visual Interface). O processamento de imagem em software permite melhorar dinamicamente as imagens, e a taxa média de captura, compressão e armazenamento é cerca de 5 fps para a resolução 1280x720, adequando-se à captura de imagens individuais. Sem processamento em software, a taxa sobe para cerca de 23 fps para a resolução 1280x720, sendo cerca de 28 fps para a resolução 1280x1088, o que é favorável à captura de vídeo