Portable video communication devices or wireless video sensor networks (WVSN) operate on batteries with limited energy supply. However, a video compression is computational intensive and energy-demanding. Therefore, one of the central challenging issues is to minimize the energy consumption of the video encoding so as to prolong the operational lifetime of portable devices or video sensors. In this paper, an architecture of power-aware H.264/AVC encoder is proposed, which can provide outstanding coding performance and thus suitable for portable devices or WVSN. To reduce the power consumption, two low-power techniques are applied. First is reducing the DRAM access by using a lossless embedded compression (EC). Second is reducing the logic switching power through the bit-truncation scheme applied integer and fractional motion estimation. About 80% of the power consumption is reduced through these two low-power techniques. In a wireless transmission system or a portable device, the power-rate-distortion (P-R-D) optimization is necessary to prolong the operation lifetime under energy constraints. Therefore, the P-R-D model of the video encoder is provided with two steps. First is the modeling process of the relationship between the power consumption and distortion (P-D). To model the power consumption of the video encoder, the power consumption of each functional module is analyzed. Second is generating the unified P-R-D model based on the P-D model. Experimental results show that the proposed P-R-D model represents the relationship among power, rate, and distortion accurately. With the P-R-D model, a designer could optimize the video encoding system by allocation proper power resources to video encoder and wireless transmission or storage system while the distortion is minimized.
이 논문에서는 뛰어난 압축 성능을 보여서 휴대용 기기나 무선 비디오 센서 네트워크에 사용하기 적합한 H.264/AVC 인코더의 전력소모 지향적 구조를 제안하고 있다. 전력 소모를 줄이기 위해서 두 가지 기술이 적용되었다. 첫 번째는, 무손실 내장형 압축을 이용해서 DRAM 메모리 접근을 줄이는 것이다. 제안된 알고리즘을 통해서 평균적으로 60% 정도의 DRAM 접근을 줄일 수 있었으며 이는 곧 DRAM 접근에 의해서 소모되는 전력의 약 60%를 줄일 수 있음을 뜻한다. 두 번째는, 움직임 추정 모듈에 비트 절삭기술을 적용해서 비디오 인코더의 전력 소모를 줄이는 기술이다. 이 두 기술을 통해서 비디오 인코더의 전력 소모를 약 80% 정도 줄일 수 있다. 무선 통신 환경이나 휴대용 기기에서는 제한된 에너지 공급에서 오랫동안 기기를 동작시키기 위해서는 전력-율-왜곡 (power-rate-distortion) 최적화가 필수적이다. 따라서 비디오 인코더의 전력-율-왜곡의 모델을 두 단계에 걸쳐서 제안하게 되었다. 첫 번째는, 전력 소모와 왜곡 사이의 관계를 모델링 하는 과정이다. 비디오 인코더의 전력 소모 모델을 만들기 위해서, 각 기능 모듈의 전력 소모를 분석했다. 실험 결과를 통해서 전력 소모와 왜곡 사이에 지수(exponential) 관계가 있음을 확인 했다. 두 번째는, 앞에서 얻은 전력-왜곡 모델을 이용해서 전력-율-왜곡 모델을 통합하는 것이다. 제안된 전력-율-왜곡이 실제 비디오 압축에서 얻은 전력 소모, 율, 왜곡을 정확하게 표현함을 실험 결과들을 통해서 확인했다. 이러한 전력-율-왜곡 모델을 이용하게 되면, 무선 통신 환경에서 왜곡을 최소화 하면서 비디오 인코더와 무선 통신 그리고 저장 매체에 사용되는 전력 분배를 통해서 전체 시스템을 최적화 할 수 있다.
