A Novel Scalable Deblocking-Filter Architecture for H.264/AVC and SVC Video Codecs

A highly parallel and scalable Deblocking Filter (DF) hardware architecture for H.264/AVC and SVC video codecs is presented in this paper. The proposed architecture mainly consists on a coarse grain systolic array obtained by replicating a unique and homogeneous Functional Unit (FU), in which a whole Deblocking-Filter unit is implemented. The proposal is also based on a novel macroblock-level parallelization strategy of the filtering algorithm which improves the final performance by exploiting specific data dependences. This way communication overhead is reduced and a more intensive parallelism in comparison with the existing state-of-the-art solutions is obtained. Furthermore, the architecture is completely flexible, since the level of parallelism can be changed, according to the application requirements. The design has been implemented in a Virtex-5 FPGA, and it allows filtering 4CIF (704 × 576 pixels @30 fps) video sequences in real-time at frequencies lower than 10.16 Mhz.

Framework adaptable y reconfigurable dinámicamente para procesamiento de vídeo: aplicación a la etapa de filtrado adaptativo en sistemas de compresión de vídeo H.264/AVC y SVC

Los sistemas basados en componentes hardware con niveles de paralelismo estático tienden a infrautilizar sus recursos lógicos, ya que se diseñan para soportar el peor escenario posible. Este hecho se acentúa cuando se trabaja con los nuevos estándares de compresión de vídeo, como son el H.264/AVC y el SVC. Estos necesitan soluciones flexibles, capaces de soportar distintos escenarios, y escalables a fin de maximizar la utilización de recursos en todo momento. Por ello, y como alternativa a las soluciones estáticas o multiprocesadoras, este artículo presenta una arquitectura hardware escalable y reconfigurable dinámicamente para el filtrado de bucle adaptativo o Deblocking Filter. Su funcionamiento se basa en el de los arrays sistólicos, y su estrategia de paralelismo maximiza el número de macrobloques que pueden ser procesos simultáneamente.

Run-time Scalable Architecture for Deblocking Filtering in H.264/AVC-SVC Video Codecs

Systems relying on fixed hardware components with a static level of parallelism can suffer from an underuse of logical resources, since they have to be designed for the worst-case scenario. This problem is especially important in video applications due to the emergence of new flexible standards, like Scalable Video Coding (SVC), which offer several levels of scalability. In this paper, Dynamic and Partial Reconfiguration (DPR) of modern FPGAs is used to achieve run-time variable parallelism, by using scalable architectures where the size can be adapted at run-time. Based on this proposal, a scalable Deblocking Filter core (DF), compliant with the H.264/AVC and SVC standards has been designed. This scalable DF allows run-time addition or removal of computational units working in parallel. Scalability is offered together with a scalable parallelization strategy at the macroblock (MB) level, such that when the size of the architecture changes, MB filtering order is modified accordingly

A New Fast Motion Estimation and Mode Decision algorithm for H.264 Depth Maps encoding in Free Viewpoint TV

In this paper, we consider a scenario where 3D scenes are modeled through a View+Depth representation. This representation is to be used at the rendering side to generate synthetic views for free viewpoint video. The encoding of both type of data (view and depth) is carried out using two H.264/AVC encoders. In this scenario we address the reduction of the encoding complexity of depth data. Firstly, an analysis of the Mode Decision and Motion Estimation processes has been conducted for both view and depth sequences, in order to capture the correlation between them. Taking advantage of this correlation, we propose a fast mode decision and motion estimation algorithm for the depth encoding. Results show that the proposed algorithm reduces the computational burden with a negligible loss in terms of quality of the rendered synthetic views. Quality measurements have been conducted using the Video Quality Metric.

Estudio de calidad de codificación utilizando los perfiles 10 Bits del estándar H.264

Desde los inicios de la codificación de vídeo digital hasta hoy, tanto la señal de video sin comprimir de entrada al codificador como la señal de salida descomprimida del decodificador, independientemente de su resolución, uso de submuestreo en los planos de diferencia de color, etc. han tenido siempre la característica común de utilizar 8 bits para representar cada una de las muestras. De la misma manera, los estándares de codificación de vídeo imponen trabajar internamente con estos 8 bits de precisión interna al realizar operaciones con las muestras cuando aún no se han transformado al dominio de la frecuencia. Sin embargo, el estándar H.264, en gran auge hoy en día, permite en algunos de sus perfiles orientados al mundo profesional codificar vídeo con más de 8 bits por muestra. Cuando se utilizan estos perfiles, las operaciones efectuadas sobre las muestras todavía sin transformar se realizan con la misma precisión que el número de bits del vídeo de entrada al codificador. Este aumento de precisión interna tiene el potencial de permitir unas predicciones más precisas, reduciendo el residuo a codificar y aumentando la eficiencia de codificación para una tasa binaria dada. El objetivo de este Proyecto Fin de Carrera es estudiar, utilizando las medidas de calidad visual objetiva PSNR (Peak Signal to Noise Ratio, relación señal ruido de pico) y SSIM (Structural Similarity, similaridad estructural), el efecto sobre la eficiencia de codificación y el rendimiento al trabajar con una cadena de codificación/descodificación H.264 de 10 bits en comparación con una cadena tradicional de 8 bits. Para ello se utiliza el codificador de código abierto x264, capaz de codificar video de 8 y 10 bits por muestra utilizando los perfiles High, High 10, High 4:2:2 y High 4:4:4 Predictive del estándar H.264. Debido a la ausencia de herramientas adecuadas para calcular las medidas PSNR y SSIM de vídeo con más de 8 bits por muestra y un tipo de submuestreo de planos de diferencia de color distinto al 4:2:0, como parte de este proyecto se desarrolla también una aplicación de análisis en lenguaje de programación C capaz de calcular dichas medidas a partir de dos archivos de vídeo sin comprimir en formato YUV o Y4M. ABSTRACT Since the beginning of digital video compression, the uncompressed video source used as input stream to the encoder and the uncompressed decoded output stream have both used 8 bits for representing each sample, independent of resolution, chroma subsampling scheme used, etc. In the same way, video coding standards force encoders to work internally with 8 bits of internal precision when working with samples before being transformed to the frequency domain. However, the H.264 standard allows coding video with more than 8 bits per sample in some of its professionally oriented profiles. When using these profiles, all work on samples still in the spatial domain is done with the same precision the input video has. This increase in internal precision has the potential of allowing more precise predictions, reducing the residual to be encoded, and thus increasing coding efficiency for a given bitrate. The goal of this Project is to study, using PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) and SSIM (Structural Similarity) objective video quality metrics, the effects on coding efficiency and performance caused by using an H.264 10 bit coding/decoding chain compared to a traditional 8 bit chain. In order to achieve this goal the open source x264 encoder is used, which allows encoding video with 8 and 10 bits per sample using the H.264 High, High 10, High 4:2:2 and High 4:4:4 Predictive profiles. Given that no proper tools exist for computing PSNR and SSIM values of video with more than 8 bits per sample and chroma subsampling schemes other than 4:2:0, an analysis application written in the C programming language is developed as part of this Project. This application is able to compute both metrics from two uncompressed video files in the YUV or Y4M format.

Depth perceptual video coding for free viewpoint video based on H.264/AVC

A novel scheme for depth sequences compression, based on a perceptual coding algorithm, is proposed. A depth sequence describes the object position in the 3D scene, and is used, in Free Viewpoint Video, for the generation of synthetic video sequences. In perceptual video coding the human visual system characteristics are exploited to improve the compression efficiency. As depth sequences are never shown, the perceptual video coding, assessed over them, is not effective. The proposed algorithm is based on a novel perceptual rate distortion optimization process, assessed over the perceptual distortion of the rendered views generated through the encoded depth sequences. The experimental results show the effectiveness of the proposed method, able to obtain a very considerable improvement of the rendered view perceptual quality.

NF-κB and AP-1 Activation by Nitric Oxide Attenuated Apoptotic Cell Death in RAW 264.7 Macrophages

A toxic dose of the nitric oxide (NO) donor S-nitrosoglutathione (GSNO; 1 mM) promoted apoptotic cell death of RAW 264.7 macrophages, which was attenuated by cellular preactivation with a nontoxic dose of GSNO (200 μM) or with lipopolysaccharide, interferon-γ, and NG-monomethyl-l-arginine (LPS/IFN-γ/NMMA) for 15 h. Protection from apoptosis was achieved by expression of cyclooxygenase-2 (Cox-2). Here we investigated the underlying mechanisms leading to Cox-2 expression. LPS/IFN-γ/NMMA prestimulation activated nuclear factor (NF)-κB and promoted Cox-2 expression. Cox-2 induction by low-dose GSNO demanded activation of both NF-κB and activator protein-1 (AP-1). NF-κB supershift analysis implied an active p50/p65 heterodimer, and a luciferase reporter construct, containing four copies of the NF-κB site derived from the murine Cox-2 promoter, confirmed NF-κB activation after NO addition. An NF-κB decoy approach abrogated not only Cox-2 expression after low-dose NO or after LPS/IFN-γ/NMMA but also inducible protection. The importance of AP-1 for Cox-2 expression and cell protection by low-level NO was substantiated by using the extracellular signal-regulated kinase inhibitor PD98059, blocking NO-elicited Cox-2 expression, but leaving the cytokine signal unaltered. Transient transfection of a dominant-negative c-Jun mutant further attenuated Cox-2 expression by low-level NO. Whereas cytokine-mediated Cox-2 induction relies on NF-κB activation, a low-level NO–elicited Cox-2 response required activation of both NF-κB and AP-1.

Efeito da estimulação purinérgica sobre a produção de melatonina em macrófagos da linhagem RAW 264.7

A melatonina é um hormônio produzido de forma rítmica e no período de escuro pela glândula pineal bem como de forma não rítmica por diversos tecidos e células imunocompetentes. É sintetizada pela acetilação e metilação da serotonina pela ação das enzimas arilalquilamina N-acetiltransferase (AA-NAT) e acetilserotonina -O-metiltransferase (ASMT) que levam à formação de N-acetilserotonina (NAS) e melatonina (MEL), respectivamente. Nos últimos anos temos demonstrado que síntese de melatonina pela pineal pode ser negativamente modulada por mediadores inflamatórios e pelo ATP que atua como co-transmissor juntamente com a noradrenalina liberada no terminal nervoso simpático que a inerva. Perifericamente, contudo, estes mediadores inflamatórios apresentam um efeito contrário induzindo a produção de melatonina em células imunocompetentes. Estas observações levaram à criação da hipótese de um eixo imune-pineal. Esse trabalho teve como objetivo verificar o efeito do ATP sobre produção de melatonina em macrófagos da linhagem RAW 264.7 Os dados desse trabalho mostram que o ATP é capaz de induzir de maneira dose dependente a produção de melatonina em macrófagos através da modulação das enzimas AA-NAT e ASMT. Foi demostrado também que esse efeito é mediado pelo receptor P2X7 e que a melatonina produzida age autocrina e paracrinamente aumentando a fagocitose de particulas de zimosan. Com isso, podemos concluir que o ATP é um ativador endógeno do eixo imune-pineal

Efeitos da glutamina e taurina sobre a via de sinalização do NFκB em células Raw 264.7 estimuladas com LPS

O sistema imunológico preserva a integridade do organismo perante o ambiente que ele está inserido. As reações imunológicas são essenciais para controle e eliminação da infecção, no entanto se os mecanismos contra regulatórios da resposta imunológica forem superados, a homeostasia pode falhar levando a um desequilíbrio no processo de reparo do organismo, podendo causar danos, insuficiência de órgão e até a morte. Muitos estudos têm demonstrado a interação entre o sistema imunológico e os aminoácidos. Visto que a glutamina é utilizada como substrato energético para enterócitos, além de fornecer nitrogênio para síntese de purinas e pirimidinas para proliferação celular e a taurina participa da hemostasia, estabilização de membranas, mobilização de cálcio, além de ser importante agente antioxidante, nos propusemos nesse trabalho investigar os efeitos da glutamina e taurina sobre aspectos relacionados a resposta imunológica de células da linhagem Raw 264.7. Para tanto foram avaliadas: viabilidade celular; a capacidade proliferativa e o ciclo celular; a capacidade de síntese de citocinas: IL-1 α, IL-1β, IL-6, IL-10 e TNF-α e a expressão do fator de transcrição NFκB, bem como de seu inibidor IκBα. Foi possível observar aumento da viabilidade e proliferação celular para células tratadas com glutamina, entretanto não foi observado o mesmo efeito para taurina. Quando ambos aminoácidos foram associados, houve prevalência dos efeitos da glutamina. Observamos neste trabalho, que houve uma tendência da diminuição de expressão da relação de p-NFκB/NFκB quando se aumentou a concentração de glutamina. Paralelamente, o mesmo foi encontrado para relação p-IκB/IκB. Esses resultados corroboram com os resultados encontrados na produção das citocinas pró-inflamatórias IL-1α, Il-1β e TNF-α, uma vez que ao aumentarmos a concentração de glutamina bem como glutamina e taurina, observamos menor produção das mesmas. Complementarmente, encontramos resultados opostos para a citocina anti-inflamatória IL-10, a qual teve maior síntese em resposta ao aumento da concentração dos aminoácidos. Portanto concluímos que tanto a glutamina quanto a taurina possuem capacidade de modular aspectos da resposta imunológica de células Raw 264.7.