Implementação da compensação de movimento em vídeo entrelaçado no terminal de acesso do SBTVD

Abstract

Uma sequencia de vídeo pode ser adquirida de forma progressiva ou entrelaçada. No padrão de codificação de vídeo H.264/AVC os campos de uma imagem entrelaçada podem ser codificados em modo frame (campos top e bottom entrelaçados) ou em modo field (campos top e bottom agrupados separadamente). Quando a escolha é adaptativa para cada par de macro blocos a codificação é chamada de Macroblock Adaptive Frame- Field (MBAFF). Inovações na predição inter-quadro do H.264/AVC contribuíram significantemente para a performance do padrão alcançar o dobro da taxa de compressão do seu antecessor (ITU, 1994), ao custo de um grande aumento de complexidade computacional do CODEC. Dentro da predição inter-quadro, o bloco de compensação de movimento (MC) é responsável pela reconstrução de um bloco de pixels. No decodificador apresentado em (BONATTO, 2012) está integrada uma solução em hardware para o MC que suporta a maior parte do conjunto de ferramentas do perfil Main do H.264/AVC. A compensação de movimento pode ser dividida em predição de vetores e processamento de amostras. No processamento de amostras é realizada a interpolação e a ponderação de amostras. O módulo de ponderação de amostras, ou predição ponderada, utiliza fatores de escala para escalonar as amostras na saída do MC. Isso é muito útil quando há esvanecimento no vídeo. Inicialmente este trabalho apresenta um estudo do processo de compensação de movimento, segundo o padrão de codificação de vídeo H.264/AVC. São abordadas todas as ferramentas da predição inter-quadro, incluindo o tratamento de vídeo entrelaçado e todos os possíveis modos de codificação para o mesmo. A seguir é apresentada uma arquitetura em hardware para a predição ponderada do MC. Esta arquitetura atende o perfil main do H.264/AVC, que prevê a decodificação de imagens frame, field ou MBAFF. A arquitetura apresentada é baseada no compensador de movimento contido no decodificador apresentado em (BONATTO, 2012), que não tem suporte a predição ponderada e a vídeo entrelaçado. A arquitetura proposta é composta por dois módulos: Scale Factor Prediction (SFP) e Weighted Samples Prediction (WSP) . A arquitetura foi desenvolvida em linguagem VHDL e a simulação temporal mostrou que a mesma pode decodificar imagens MBAFF em tempo real @60i. Dessa forma, tornando-se uma ferramenta muito útil ao desenvolvimento de sistemas de codificação e decodificação em HW. Não foi encontrada, na literatura atual, uma solução em hardware para compensação de movimento do padrão H.264/AVC com suporte a codificação MBAFF.

A video sequence can be acquired in a progressive or interlaced mode. In the video coding H.264/AVC standard an interlaced picture can be encoded in frame mode (top and bottom fields interlaced) or field mode (top and bottom fields combined separately). When the choice for each pair of macro-blocks coding is adaptive, it is called Macroblock Adaptive Frame-Field (MBAFF). The innovations in the inter-frame prediction of H.264/AVC contributed significantly to the performance of the standard that achieved twice the compression ratio of its predecessor (ITU, 1994), at the cost of a large increase in computational complexity of the CODEC. In the inter-frame prediction, the motion compensation (MC) module is responsible for the reconstruction of a pixel's block. In the decoder shown in (BONATTO 2012) an integrated hardware solution to the MC is included which can decode most of the H.264/AVC main profile tools. The motion compensation can be divided into motion vectors prediction and sample processing. In the sample processing part, samples interpolation and weighting are performed. The weighted samples prediction module uses scale factors to weight the samples for generating the output pixels. This is useful in video fading. Initially, this work presents a study of the motion compensation process, according to the H.264/AVC standard. It covers all of inter-frame prediction tools, including all possible coding modes for interlaced video. A hardware architecture for the weighted samples prediction of MC is shown next. It is in compliance with the main profile of H.264/AVC standard, therefore it can decode frame, field and MBAFF pictures. The architecture presented is based on the motion compensator used in the (BONATTO, 2012) decoder, which does not support the weighted prediction and interlaced video. The purposed architecture is composed by two modules: Scale Factor Prediction (SFP) and Weighted Samples Prediction (WSP). The hardware implementation was described using VHDL and the timing simulation has shown that it can decode MBAFF pictures in real time @60i. Therefore, this is an useful tool for hardware CODEC development. Similar hardware solution for H.264/AVC weighted prediction that supports MBAFF coding was not found is previous works.