Integración de técnicas de procesamiento paralelo en un descodificador de vídeo de última generación sobre la plataforma Jetson AGX Xavier

Baz López, Sergio (2020). Integración de técnicas de procesamiento paralelo en un descodificador de vídeo de última generación sobre la plataforma Jetson AGX Xavier. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Integración de técnicas de procesamiento paralelo en un descodificador de vídeo de última generación sobre la plataforma Jetson AGX Xavier
Author/s:
  • Baz López, Sergio
Contributor/s:
  • Chavarrías Lapastora, Miguel
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones
Date: 26 October 2020
Subjects:
Freetext Keywords: Descodificación; Video digital
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería Telemática y Electrónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Este Proyecto Fin de Grado desarrollado en el Grupo de Diseño Electrónico y Microelectrónico (GDEM) tiene como objetivo mejorar el rendimiento del proceso de descodificación en la plataforma Jetson AGX Xavier. Se ha elegido realizar este trabajo debido al continuo avance de la tecnología en el marco audiovisual, lo que resulta en procesos cada vez más complejos para poder realizar el procesamiento de la imagen en tiempos más reducidos. Con la aparición de las imágenes en 4K (3840x2160), 8K (7680x4320) y hasta 16K (15360x8640) la implementación eficiente de los descodificadores de vídeo se ha convertido en una tarea muy compleja debido a que, a pesar de que las imágenes aumenten su calidad, los tiempos de procesamiento no deben aumentar en la misma medida. Es por eso por lo que en este proyecto se ha decidido paralelizar en una plataforma heterogénea este proceso de descodificación. Se ha decidido implementar una solución a este problema para el estándar de compresión de vídeo desarrollado por el grupo MPEG (Moving Pictures Expert Group) y VCEG (Video Coding Experts Group), HEVC (High Efficiency Video Coding) sobre la última plataforma incorporada al mercado por parte de la compañía NVIDIA denominada Jetson AGX Xavier. Se ha elegido trabajar con este estándar por ser uno de los más populares en la actualidad debido a su uso en plataformas como Adobe o Apple, la cual ya ha comenzado a incorporar la codificación HEVC en sus dispositivos. Por otro lado, la plataforma adquirida mejora notablemente las características de su predecesora Jetson TX2 como el número de núcleos CPU y GPU, el ancho de banda o la memoria disponible. El proyecto se ha dividido en 3 fases: i) la primera fase es la de análisis del proceso de descodificación para el estándar HEVC. Es necesario detectar las tareas de la descodificación en las que más tiempo se consume y valorar si es interesante paralelizar el trabajo en los núcleos GPU. La descodificación digital para el estándar HEVC incorpora un filtro en bucle en el que participan dos bloques principales: Deblocking Filter (DBF) y Sample Adaptive Offset (SAO). Estos son dos filtros en bucle que, gracias a su diseño, nos permitirá paralelizar su ejecución y aumentar el rendimiento de la descodificación. La segunda fase, ii) se centra en el desarrollo de la solución para la mejora del rendimiento de la descodificación digital en la plataforma seleccionada. En el grupo GDEM ya se ha desarrollado una solución para el DBF y es por eso por lo que en este proyecto se realiza una adaptación de este filtro a la nueva plataforma. A continuación, se paralelizarán los procesos de descodificación para el SAO y, por último, se integrarán ambos filtros en una misma solución. En esta fase se ha invertido la mayor cantidad de tiempo debido a la complejidad del proceso de descodificación y la dificultad para poder depurar el código elaborado. Por último, en la fase 3, iii) se hace una valoración del trabajo realizado recopilando los tiempos de ejecución de los distintos bloques por separado y juntos y así poder obtener una visión general de los avances conseguidos. Abstract: This Project has been carried out in the Electronic and Microelectronic Design Group (GDEM) and it aims to improve the performance of the decoding process in the Jetson AGX Xavier platform. The continuous advance of technology in the audiovisual framework, which results in increasingly complex processes to perform image processing in shorter times, motivates this work. With the appearance of the images in 4K (3840x2160), 8K (7680x4320) and up to 16K (15360x8640) the efficient implementation of the video decoders has become a very complex task because, despite the fact that the images increase their quality, the processing times should not increase to the same extent. That is why in this project it has been decided to parallelize this decoding process in a heterogeneous platform. It has been decided to implement a solution to this problem for the video compression standard developed by the MPEG (Moving Pictures Expert Group) and VCEG (Video Coding Experts Group) on the latest platform incorporated into the market by the NVIDIA company called Jetson AGX Xavier. This standard has been chosen because it is one of the most popular at present due to its use in platforms such as Adobe or Apple, which have already begun to incorporate HEVC coding in their devices. On the other hand, the acquired platform notably improves the characteristics of its predecessor Jetson TX2 such as the number of CPU and GPU cores, the bandwidth or the available memory. The project is divided into 3 phases. The first phase is the analysis of the decoding process for the HEVC standard. It is necessary to detect the tasks of the decoding process in which more time is consumed and to evaluate if it is interesting to parallelize the work in the GPU cores. The digital decoding for the HEVC standard incorporates a looped filter in which two main blocks participate: Deblocking Filter (DBF) and Sample Adaptive Offset (SAO). These are two looped filters that, thanks to their design, will allow us to parallelize their execution and increase the performance of the decoding task. The second phase focuses on the development of the solution for the improvement of the digital decoding performance on the selected platform. The GDEM group has already developed a solution for the DBF and that is why in this project an adaptation of this solution to the new platform is carried out. Then, the decoding processes for the SAO will be parallelized and, finally, both filters will be integrated in the same solution. The greatest amount of time has been spent in this phase due to the complexity of the decoding process and the difficulty of debugging the produced code. Finally, in phase 3, an assessment of the work done is made by compiling the execution times of the different blocks separately and together in order to obtain an overview of the general work carried out.

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Item ID: 66356
DC Identifier: https://oa.upm.es/66356/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:66356
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 11 Mar 2021 09:11
Last Modified: 11 May 2021 22:30
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