Decodificador H.264

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Estendendo o Conjunto de Instruções de um PPC para Uso

de Transformadas do H.264

Marcelo Schiavon Porto Roger E. C. Porto

{msporto, recporto}@inf.ufrgs.br

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Introdução

• O padrão H.264/AVC é o mais novo padrão para compressão de vídeo digital.

• O H.264 foi desenvolvido para proporcionar taxas de compressão significativamente superiores aos

padrões de compressão existentes até então.

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Codificador H.264

Diagrama em blocos do codificador H.264

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Decodificador H.264

Diagrama em blocos do decodificador H.264

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Transformada Inversa

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Motivação

z Possibilidade de extensão do conjunto de instruções do PPC;

z Uso de instruções especializadas para co- processamento;

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Problemas encontrados

z Na realidade a extensão do conjunto de instruções só é possível para o Virtex4;

z Para o Virtex2 Pró só é possível extender o conjunto de instruções com um subconjunto oferecido pela Xilinx.

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Solução aplicada

z Implementar Hadamard inversa 4x4:

z Implementação em software: rodando em um PowerPC;

z Implementação em hardware: mapeada para o FPGA.

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Decodificador H.264

Seqüência de transmissão dos elementos de um macrobloco

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Algoritmo da Hadamard 4x4

Algoritmo da Hadamard inversa 4x4

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Arquitetura da Hadamard 4x4

Arquitetura da Hadamard inversa 4x4

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Resultados de Síntese

z Dispositivo utilizado: 2vp30fg676-6

z Número de Slices: 1478 (10%)

Number of Slice Flip Flops: 2126 (7%) Number of 4 input LUTs: 606 (2%)

z Freqüência: 202,02MHz

z Throughput: 202 milhões de amostras por segundo

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Metodologia

Hadamard 4x4 PPC

FPGA

MEM

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Placa Digilent XUP-V2P

•FPGA Virtex II Pro XC2VP30 com 30.816

células lógicas e 2 PowerPC hardwired;

•Memória DIMM SDRAM DDR (até

2Gbytes);

•Porta USB2;

•Porta serial RS-232;

•Etc...

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Xilinx Platform Studio

Detalhe do XPS mostrando a aplicação em C rodando no PowerPC

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Xilinx Platform Studio

Detalhe do XPS mostrando os arquivos VHDL de uma das transformadas

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Xilinx Platform Studio

Detalhe do XPS mostrando os componentes envolvidos na prototipação

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Arquivos Texto

Arquivo com os valores de entrada extraídos do código de referência do H.264

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Terminal

Detalhe dos resultados de cálculo sendo mostrados no terminal

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Arquivos Texto

Detalhes do arquivo resultante da comparação de resultados

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Tarefas

z Estudo das características do PowerPC;

z Estudo mais aprofundado sobre a comunicação entre os componentes envolvidos no projeto (processador,

memória, co-processador);

z Desenvolvimento dos códigos;

z Verificação e prototipação;

z Comparação dos resultados;

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Conclusões

z Para o Virtex2 Pro só é possível extender o conjunto de instruções com um subconjunto oferecido pela Xilinx.

z Taxa de processamento da IHAD 4x4 foi de 202 milhões de amostras por segundo, suficiente para HDTV.

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Trabalhos Futuros

z Como trabalhos futuros, pretendemos utilizar algum

processador descrito em VHDL que possua seu código aberto e inserir instruções especificas para o co-

processamento das transformadas do padrão H.264.

z Desta forma poderemos desenvolver, rapidamente códigos que utilizem os IPs existentes para as

transformadas do padrão.

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Referências

z DIGILENT. Digilent Inc. – Digital Design Engineer’s Source. Disponível em:

<http://www.digilent.com>. Acesso em: 06 jun. 2006.

z HENNESSY, J. L. Organização e projeto de computadores : a interface hardware/software. 2. ed. Rio de Janeiro : LTC, c2000.

z IBM. PowerPC Microprocessor Family: The Programming Environments for 32-Bit Microprocessors. Disponível em: <http://www.digilent.com>. Acesso em: 19 jun.

2006.

z XILINX. PowerPC™ 405 Processor Block Reference Guide: Embedded

Development Kit. Disponível em: <http://www.xilinx.com>. Acesso em: 14 jun. 2006.

z XILINX. PowerPC Instruction Set Extension Guide: ISA Support for the PowerPC APU Controller in Virtex-4. Disponível em: <http://www.xilinx.com>. Acesso em: 14 jun. 2006.

z XILINX. Virtex II Pro: PowerPC 405 Processor. Disponível em:

<http://www.xilinx.com/products/silicon_solutions/fpgas/virtex/virtex_ii_pro_fpgas/cap abilities/powerpc.htm>. Acesso em: 06 jun. 2006.

z XILINX. Xilinx: The Programmable Logic Company. Disponível em:

<http://www.xilinx.com>. Acesso em: 06 jun. 2006.

z XILINX. Xilinx University Program Virtex-II Pro Development System: Hardware