In this thesis, a coding unit (CU) level all-zero block (AZB) detection method is proposed for hardware (HW) friendly implementation of High Efficiency Video Coding (HEVC) encoders. HEVC adopts a more flexible block partitioning structure with extended coding and transform block sizes. As a results, the coding efficiency is significantly improved compared to its previous video compression standards. However, computational complexity is extremely increased. In particular, discrete cosine transform (DCT) based integer transform is recursively performed for rate-distortion optimization (RDO) in quadtree coding structure, resulting in high power consumptions in the limited HW resources. In order to reduce such high computational complexity in HEVC, an AZB detection method where all transform coefficients are quantized to zeros is proposed for HEVC HW-friendly encoders. Due to the use of large transform blocks such as 16×16 and 32×32 transforms which are newly added in the HEVC standard, it is not easy to detect AZB prior to DCT. Furthermore, probabilistic assumptions or empirically determined parameters do not work for such large DCT kernels. In this thesis, a CU level AZB detection method using the property of integer DCT kernels which can be represented as Walsh Hadamard transform (WHT) is proposed. DCT can be computed only by applying a simplified orthogonal transform to WHT coefficients which can be obtained in the prediction stage such as fractional motion estimation (FME) in HEVC encoding process. The all-zero CU blocks can be detected after quantization by counting non-zero quantized DCT coefficients. The proposed method can effectively detect AZB even for 16×16 and 32×32 DCT blocks without any assumptions or empirically determined threshold values. Experimental results show that the proposed method can efficiently detect the AZB with 90.8% detection rate, thus resulting in 36.8% time saving related to transform, quantization and entropy coding with negligible coding efficiency loss.
본 석사 학위 논문에서는 하드웨어 HEVC (High Efficiency Video Coding) 부호화기를 위한 부호화 단위 블록별 영 계수 블록 검출 방법을 제안한다. HEVC 표준이 가변 크기의 확장된 부호화 블록 구조와 같이 다양한 부호화 기술을 채택함에 따라, 이전의 비디오 압축 표준들보다 부호화 효율이 상당히 향상되었지만 연산의 복잡도는 극도로 증가되었다. 특히, 이산 여현 변환 (DCT, discrete cosine transform) 기반의 정수 변환은 율-왜곡 최적화 (RDO, rate-distortion optimization) 과정에서 반복적으로 수행되기 때문에, 하드웨어 환경에서 큰 전력 소모를 유발한다. 이러한 연산의 복잡도를 줄이기 위해서, 블록 내의 모든 계수가 영으로 양자화되는 영 계수 블록 (AZB, all-zero block) 검출 방법을 제안한다. HEVC에 새롭게 도입된 16×16, 32×32와 같이 큰 변환 블록의 사용으로 인해, 이산 여현 변환 수행 전에 영 계수 블록을 검출하는 것은 쉽지 않다. 또한, 확률 모델 기반의 가정이나 실험적으로 결정된 매개변수는 큰 크기의 변환 블록에서는 잘 작동하지 않는다. 본 석사 학위 논문에서는, 정수 이산 여현 변환 커널이 WHT (Walsh Hadamard transform) 으로 표현 가능한 성질을 이용하여, 부호화 단위 블록별 영 계수 블록 검출 방법을 제안한다. 이산 여현 변환은 HEVC 부호화 중 부화소 예측 과정에서 얻은 WHT 계수에 하드웨어 구현에 용이한 직교 변환을 수행함으로써 계산될 수 있다. 영 계수 부호화 단위 블록은 양자화 이후에 영이 아닌 양자화 계수의 개수를 셈으로써 검출될 수 있다. 제안하는 방법은 어떠한 가정이나 실험적으로 도출한 매개변수 없이, 16×16, 32×32와 같이 큰 변환 블록에서도 효율적으로 영 계수 블록을 검출할 수 있다. 제안하는 방법은 90.8%의 영 계수 블록을 검출할 수 있으며, 무시할 만한 수준의 부호화 효율 손실에서 변환, 양자화, 엔트로피 부호화와 관련된 연산 수행 시간을 36.8% 가량 감소시킬 수 있다.
