Aportaciones metodológicas para el diseño de descodificadores de vídeo de última generación sobre plataformas Multi-DSP
- Autores: Miguel Chavarrías Lapastora
- Directores de la Tesis: Fernando Pescador del Oso (dir. tes.), Matías Javier Garrido González (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Narciso García Santos (presid.), César Sánz Alvaro (secret.), Daniel Díaz Sánchez (voc.), Gustavo Marrero Callicó (voc.), Karol Desnos (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería de Sistemas y Servicios para la Sociedad de la Información por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
Esta tesis doctoral se enmarca dentro de las líneas de investigación centradas en la codificación y descodificación de vídeo digital que durante los últimos años desarrolla en la Universidad Politécnica de Madrid el Grupo de Diseño Electrónico y Microelectrónico. Dentro de estas líneas de investigación se han llevado a cabo varias tesis doctorales, donde se han propuesto distintas metodologías para la implementación de codificadores y descodificadores de vídeo sobre arquitecturas hardware específicas, así como para su optimización en tiempo de ejecución. Uno de los objetivos principales de estas metodologías es la reducción de los tiempos de desarrollo. Sin embargo, todas estas propuestas están centradas en arquitecturas integradas por un solo procesador. Tanto el incremento en la complejidad de los algoritmos que integran los nuevos estándares de codificación, como la utilización de procesadores multinúcleo, hacen necesaria la concepción de nuevas metodologías de diseño que aporten soluciones flexibles para la implementación de los nuevos descodificadores sobre este tipo de plataformas.
Durante la última década se ha generalizado el uso de todo tipo de arquitecturas y plataformas multinúcleo en los terminales multimedia. Los Procesadores Digitales de Señal (DSP) multinúcleo (Multi-DSP) están específicamente diseñados para mejorar el procesamiento de algoritmos como los incluidos en los descodificadores de vídeo. Sin embargo, la programación de aplicaciones para procesadores Multi-DSP no es una tarea trivial. Esto se debe principalmente a que, por una parte, el código de referencia de los descodificadores suele estar optimizado para otras arquitecturas y debe migrarse a este entorno, lo que implica largos procesos de desarrollo y, por otra, el soporte software para el desarrollo de las aplicaciones es escaso, ya que este tipo de plataformas no disponen de un Sistema Operativo (SO) que facilite la tarea del programador. Así, resulta necesario buscar soluciones metodológicas que permitan aprovechar las ventajas que las plataformas DSP ofrecen en el procesamiento de algoritmos como los que se integran en las aplicaciones multimedia manteniendo tiempos de desarrollo razonables.
El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo de una metodología de diseño que permita implementar descodificadores de vídeo de última generación sobre plataformas Multi-DSP.
Para lograr este objetivo, en primer lugar, se ha realizado un profundo estudio sobre el estado del arte en codificación y descodificación de vídeo. En este sentido, el recientemente estandarizado High Efficiency Video Coding (HEVC) es el códec más novedoso de entre los existentes. De forma complementaria a los distintos estándares de codificación, el estándar Reconfigurable Video Coding (RVC) permite el desarrollo de los mismos en base a una descripción de alto nivel mediante unidades funcionales y flujos de datos. Dicho estándar dota de un elevado grado de flexibilidad y modularidad al proceso de diseño e implementación de descodificadores, exponiendo un elevado grado de paralelismo que facilita su ejecución en entornos multinúcleo.
Seguidamente, se ha llevado a cabo un análisis de las distintas tecnologías utilizadas en la implementación de descodificadores de vídeo y se han evaluado las distintas metodologías para el diseño de aplicaciones en entornos multinúcleo. La metodología que se propone en esta tesis tiene dos características que no poseen las metodologías que se han evaluado: que está específicamente pensada para facilitar el diseño con tecnologías DSP multinúcleo (aunque es lo suficientemente general como para ser de utilidad con otros tipos de arquitecturas) y que está muy orientada al desarrollo de codecs de vídeo (porque está basada en RVC).
Para el desarrollo de descodificadores sobre plataformas Multi-DSP ha sido necesario evaluar, seleccionar y utilizar distintas herramientas y tecnologías que dan soporte a aspectos clave como la paralelización del código, la posibilidad de optimizar alguno de los algoritmos que integran los descodificadores, o la generación automática del código fuente. Las distintas soluciones adoptadas, así como su justificación, han constituido también una parte importante de este trabajo.
A partir de la experiencia de diseño obtenida en la implementación de diferentes descodificadores en plataformas Multi DSP se ha sintetizado una metodología de diseño, que además se ha automatizado incorporándola a Open RVC Cal compiler (Orcc), una herramienta de código abierto que permite la generación automática de código a partir de modelos RVC CAL. Es más, la metodología propuesta es lo suficientemente general como para permitir la realización de implementaciones sobre plataformas multinúcleo basadas en Procesadores de Propósito General (GPPs).
