The H.264/AVC outperforms previous video coding with many tools which can increase R-D performance, but the memory bandwidth also increases remarkably. As the demand of high quality image goes up, a high frame resolution and bi-directional frames (B-frame) coding become essential. As a result, the memory bandwidth and memory access cycles are the biggest problem for a real time encoder. In a general tendency, the embedded compression (EC) is employed in the high performance encoder to solve this problem. In this paper, we explain the relationship between EC ratio and motion vector (MV), which can be used to reduce the memory bandwidth. Then, we proposed novel methods that uses dynamic search range (DSR) adjustment aware of EC ratio, in order to reduce a memory bandwidth and get a constant memory bandwidth with a lossless EC. We can guarantee an encoder to reduce till the 30% of the total memory bandwidth requirement with little image degradation.
영상 압축 표준이 MPEG 1,2,4, H.263 그리고 H.264로 발전 해 오면서 많은 기술들이 접목 되었다. 이러한 기술들은 영상 압축률을 높일 뿐만 아니라, 영상의 질도 향상 시키는 결과를 가져왔다. 하지만, 위의 기술들을 구현하기에는 많은 양의 외부 메모리 대역을 필요로 하게 되는데, 이 현상이 현재 영상 인코더를 설계하는데에 심각한 문제점으로 대두되었다. 큰 플레임 사이즈, 그리고 좀 더 질 높은 영상에 대한 요구가 높아 짐에 따라서 영상 인코더에서 외부 메모리 대역 문제는 더욱 더 심각하게 나타나고 있다.
지금 까지는 세가지 방법들로 위와 같은 외부 메모리 대역을 줄이는 연구가 활발하게 진행 되고 있었다. 첫 번째는 참조 프레임에서의 탐색 영역에 해당하는 데이터를 재 사용함으로써 외부 메모리의 대역을 줄이는 연구이다. 대부분의 인코더에서 가장 실용적인 level C 데이터 재사용 방법을 사용하는데, 그럼에도 불구하고 외부 메모리 대역 문제는 심각하다.
두번째 방법은 임베디드 압축 방법이다. 외부 메모리로 저장이 되는 데이터를 다시 압축하여서 저장하고 그 데이터를 불러올때 다시 압축을 풀어서 사용하는 방법을 말한다. 임베디드 압축에는 손실 압축과 무손실 압축이 있는데, 손실 압축의 경우에는 일정한 메모리 대역을 보장할 수 있는 반면, 영상의 손실을 발생시킨다. 더욱이 참조 영상으로 사용할 프레임이 손실이 되므로, 영상이 인코딩 되면 될수록, 그 손실을 더욱 심각하다. 반면 무손실 압축에는 저장해야 하는 참조 영상의 손실은 없는데 반해, 일정한 메모리 대역을 가질 수 없어서, 영상 인코더에 적용하기가 어려운 현실이다.
세번째 방법으로는 탐색 영역을 몇 가지 파라미터를 이용하여 가변적으로 적용하는 방법이다. 따라서 메모리의 대역을 줄일 수 있지만, 이 역시 외부 메모리 대역 문제를 해결하기에는 부족하다.
본 논문에서는 임베디드 압축에서 나오는 압축률을 기반으로 가변적인 탐색영역을 설정하여 외부 메모리 대역을 줄이는 방법을 제안하였다. 임베디드 압축은 기본적으로 주변 영상의 상관관계를 이용하여 재 압축을 하게 되는데, 움직임이 큰 영상이나 카메라가 움직이는 영상의 경우 주변 영상끼리의 상관도가 높아서 압축이 잘 되게 된다. 이럴 때에는 상대적으로 압축이 잘 된, 적은 양의 데이터를 큰 탐색 영역에 대하여 외부 메모리로 부터 데이터를 불러온다. 반면 압축이 잘 안되는 영상, 즉, 주변 영상과 상관도가 적은 경우에는 주로 정지영상이 많게 되므로, 상대적으로 압축이 안되는 많은 양의 데이터를 적은 탐색 영역에 대하여 데이터를 가져온다. 따라서 임베디드 압축률과 움직임에 따른 탐색 영역과의 상관관계를 이용하여, 외부 메모리에 대한 대역을 감소시킬 수 있게 된다. 특히, 압출률이 일정치 않아서 인코더에 적용이 어려웠던 무손실 압축에 대하여 제안하는 방법을 적용하여서, 메모리 대역을 줄이면서도 일정한 대역을 얻을 수 있게 되었다.
전체 영상 인코더에서 외부 메모리로 부터 필요한 대역을 100%라 가정한다면, 제안하는 방법을 사용하게 되면, 약 30%의 메모리 대역을 가지고도 영상 인코더를 동작 시킬 수 있게 된다. 뿐만 아니라 무손실 임베디드 압축 방법에 일정한 대역을 얻게 함으로써 인코더에 쉽게 적용할 수 있게 하였다. PSNR 손실은 최대 0.08dB로 거의 손실이 없다고 판단 되며, 제안된 메모리 대역 줄이는 다른 방법들에 비하여 상당히 향상 되었음을 알 수 있다.
