Design and dynamic management of a search memory for motion estimation in video coding

The high number of memory accesses during video encoding leads to a high concern related to energy consumption and battery life of mobile devices that handle digital videos. In an attempt to reduce the temporal redundancy present in neighboring frames, the ME searches for blocks of reference frames in the external memory and compares it to the current block, which is being coded. This communication between the processing unit and the external memory is numerous and causes a high energy consumption, resulting in a shorter battery life in mobile devices. Thus, considering the high number of accesses to external memory, solutions for the reduction of memory bandwidth in video coding systems should be explored. In this sense, this work performs an analysis of the distribution of the accesses of the algorithm of motion estimation Test Zone Search and, from this analysis, proposes a static memory design and a dynamic management for motion estimation from this memory. The dynamic manager splits the internal memory into two sectors and shuts off the outermost sector when it is not relevant to ME. With the sectors shutdown, this dynamic management reduces the static consumption and also decreases the number of accesses during the ME, also reducing the dynamic consumption. In this work, eleven modes of dynamic management were evaluated. With one of these modes and for a varied set of high-resolution videos, the use of memory dynamic management achieved an average of 43.59% reduction in power consumption, with negligible variation in BD-Rate of 0.49%.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO número elevado de acessos à memória durante a codificação de vídeo gera uma preocupação grande com o consumo de energia e a vida útil da bateria de dispositivos que lidam com vídeos digitais. Na tentativa de reduzir a redundância temporal presente em quadros vizinhos, a estimação de movimento (Motion Estimation - ME) busca blocos de quadros de referência na memória externa e compara ao bloco atual, que está sendo codificado. Esta comunicação entre a unidade de processamento e a memória é numerosa e gera um elevado consumo de energia, resultando em uma menor durabilidade de bateria em dispositivos móveis. Neste sentido, este trabalho realiza uma análise do comportamento dos acessos do algoritmo de estimação de movimento Test Zone Search e, a partir dela, propõe um projeto de memória de busca e um gerenciador dinâmico de estimação de movimento centrado nesta memória. Este gerenciador divide a memória interna em dois setores e desliga o setor mais externo quando este não é relevante para a ME. Com o desligamento de setores, este gerenciamento dinâmico reduz o consumo estático e também diminui o número de acessos durante a ME, reduzindo também o consumo dinâmico. Neste trabalho, onze modos de gerenciamento dinâmico foram avaliados. Com um desses modos e para um conjunto variado de vídeos de alta resolução, o uso do gerenciamento dinâmico de memória alcançou uma média de 43,59% de redução no consumo de energia, com uma variação negligível em BD-Rate de 0,49%