Implementación de un algoritmo de Estimación de Movimiento para FPGAs utilizando OpenCL

Abstract

La estimación de movimiento es una de las principales tareas detrás de cualquier codificador de vídeo. Es una tarea computacionalmente costosa, por lo que habitualmente se suele delegar a hardware específico o reconfigurable, como FPGAs. A lo largo de los años se han desarrollado múltiples implementaciones del algoritmo para FPGAs, utilizando principalmente lenguajes de descripción de hardware como Verilog o VHDL. Como la programación en estos lenguajes es compleja, es deseable la utilización de lenguajes de más alto nivel para desarrollar aplicaciones para FPGAs. En este trabajo presentamos una implementación paralela del algoritmo de estimación de movimiento por block-matching utilizando OpenCL para FPGAs. Nuestra propuesta procesa fotogramas Full HD completos dentro de la FPGA de forma eficiente. La propuesta ha sido desarrollada con la FPGA Intel Stratix 10 en mente, por lo que mostramos la utilización de recursos de nuestra propuesta cuando se sintetiza en una FPGA de este modelo. También mostramos una comparación de rendimiento entre nuestra propuesta y varias implementaciones CPU con distinto nivel de optimización y capacidades vectoriales. Este trabajo también busca evaluar OpenCL como herramienta para el desarrollo de aplicaciones FPGA, en términos de expresividad.