Diseño de la arquitectura de transformada discreta directa e inversa del coseno para un decodificador HEVC

Abstract

El empleo de video de alta resolución es una actividad muy común en la actualidad, debido a la existencia de dispositivos portátiles capaces de reproducir y crear secuencias de video, ya sea en HD o en resoluciones mayores, como 4k u 8k. Sin embargo, debido a que las secuencias de video de mayor resolución pueden llegar a ocupar grandes espacios de memoria, estas no pueden ser almacenadas sin antes realizar un proceso de compresión. Organizaciones especializadas como ITU-T Coding Experts Group e ISO/IEC Moving Picture Experts Group, han sido responsables del desarrollo de estándares de codificación de video. De esta manera, para mejorar la transmisión de video y poder obtener resoluciones cada vez mayores, se llevó a cabo el desarrollo del estándar de codificación HEVC o H.265, el cual es el sucesor al estándar H.264/AVC. El presente trabajo de tesis está centrado en el módulo de Transformada Discreta e Inversa del Coseno (DCT e IDCT), el cual forma parte del estándar HEVC y su función es hallar los coeficientes en el dominio de la frecuencia de muestras, para poder cuantificarlas y reducir su número. Se realizó el diseño la arquitectura, tomando en consideración la capacidad de procesamiento de pixeles requerida por el estándar, la frecuencia de operación de circuito y la cantidad de recursos lógicos usados. La arquitectura fue descrita en el lenguaje Verilog HDL y fue sintetizada para dispositivos Zynq – 7000 de la empresa Xilinx. La verificación funcional del circuito fue realizada mediante el uso de Testbenchs en el software ModelSim. Para verificar el funcionamiento de la arquitectura diseñada, se utilizó el software MATLAB para obtener los resultados esperados y se compararon con los obtenidos en la simulación funcional del circuito. La frecuencia máxima de operación fue hallada mediante la síntesis de la arquitectura, la cual llegó a ser de 135 MHz, que es equivalente al procesamiento de secuencias de vídeo de resolución 4k o 3840x2160 pixeles a 65 fps.