Étude et implantation d'algorithmes de compression vidéo optimisés H.264/AVC dans un environnement conjoint matériel et logiciel

Study and Implementation of Algorithms for H.264/AVC Compression in a Hardware and Software Environment

• Auteur / Autrice : Moez Kthiri
• Direction : Hervé Levi, Patrice Kadionik, Bertrand Le Gal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 04/04/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Serge Weber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lilian Bossuet, Lotfi Kamoun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compression d'images

Systèmes embarqués (informatique)

Mots clés libres

Processeur PowerPC

HW/SW Codesign

Xenomai

Système Embarqué Multimédia

Compression d’Images

H.264/AVC

FPGA

ASIC

Embedded System for Multimedia

Image Compression

H.264/AVC

FPGA

ASIC

PowerPC Processor

Xenomai

HW/SW Codesign

Résumé

La contribution de cette thèse concerne le développement et la conception d’un système multimédia embarqué basé sur l’approche de conception conjointe matérielle/logicielle (codesign). Il en résulte ainsi la constitution d’une bibliothèque de modules IP (Intellectual Property) pour les applications vidéo. Dans ce contexte, une plateforme matérielle de validation a été réalisée servant au préalable à l’évaluation de l’approche de conception en codesign pour l’étude d’algorithmes de traitement vidéo. Nous nous sommes ainsi intéressés en particulier à l’étude et à l’implantation de la norme de décompression vidéo H.264/AVC. Pour la validation fonctionnelle, l’ensemble du développement a été réalisé autour d’une carte Xilinx à base d’un circuit programmable FPGA Xilinx Virtex-5en mettant en œuvre le processeur hardcore PowerPC du circuit programmable dans l’environnement logiciel Linux pour l’embarqué. Le décodeur H.264/AVC ainsi développé comporte différents accélérateurs matériels pour la transformation inverse ainsi que le filtre anti-blocs. Nous avons pu tester les performances au regard du respect des contraintes temporelles en intégrant une extension temps réel à la plateforme de validation suivant différentes conditions de stress du système. L’extension temps réel Xenomai fournit ainsi une réponse adéquate aux problématiques de charge du système et de maîtrise des contraintes temporelles inhérentes à tout système de traitement vidéo tout en autorisant aussi l’utilisation d’applications classiques mises en œuvre dans l’environnement standard Linux embarqué.

The main contribution of this thesis concerns the development and the design of an embedded system for multimedia based on the codesign approach (HW/SW). Towards this end, a library off lexible IP cores (Intellectual Property) for video applications was created. In this context, a hardware platform was used for evaluation of the codesign-based approach in order to study video processingalgorithms. Thus, we particularly focused on the study and the implementation of H.264/AVC decoder. For functional validation, the entire development was carried out around a FPGA Virtex-5 Xilinx board embedding a hardcore PowerPC processor running embedded Linux operating system. The H.264/AVC developed decoder consists of hardware accelerators for the inverse transformation and the deblocking filter. We evaluated the performances in terms of respect of temporal constraints by integrating a real-time extension to the validation platform under different stress conditions. The Xenomai real-time extension has proven its high performance level of compliance with hard real-time constraints. This extension offers a real solution for real-time behavior without limiting the use of conventional applications implemented traditionally in a time sharing environment.