05-06-2007: Energiebesparing bij mobiele videofilmpjes
Mobiele elektronica slurpt steeds meer energie op. Dat komt vooral
door de videofilmpjes op beeldschermen. Mobiele telefoons moet je
daardoor niet alleen vaker opladen, ze kunnen ook onaanvaardbaar warm
worden. Het onderzoek van Kristof Denolf naar energie-efficiënte
implementaties van videocoderingen opent nieuwe mogelijkheden om het
energieverbruik van filmpjes drastisch te reduceren. Kristof Denolf
(31) uit Brugge (België), verdedigt donderdag 7 juni zijn proefschrift
aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e).
Computercapaciteit
Een hogere resolutie van beeldschermpjes en een hogere compressie van
videos zorgen voor een aanzienlijke toename in rekenkracht en daarmee
ook in energieverbruik. Dankzij de technologische ontwikkeling kunnen
filmpjes in steeds hogere resoluties afspelen. Dat vergt wel flink
meer computercapaciteit om het toenemende aantal pixels aan te kunnen.
Daarnaast speelt datacompressie een belangrijke rol. Daarbij moet een
origineel stukje film van twintig minuten soms teruggebracht kunnen
worden van 40 Gigabyte (GB) naar 400 Megabyte (MB) of minder, met
zoveel mogelijk behoud van beeldkwaliteit. De rekenprocessen die
daarbij horen nemen bij elke nieuwe generatie videocodecs in
complexiteit toe.
MPEG-4
Denolf ontwikkelde een nieuwe ontwerpmethode voor de implementatie van
digitale videodatacompressietechnieken, zoals de populaire MPEG-4
standaard. Deze veelgebruikte video-codec is vooral geschikt voor
multimedia- en mobiele toepassingen. Op die manier wist hij niet
alleen het energieverbruik te reduceren, maar ook nog de
doorvoersnelheid van de videobeelden te vergroten. Eerst reduceerde
hij de complexiteit van de rekenprocessen waarbij hij de vereiste
geheugengrootte en geheugentoegang wist te minimaliseren. Daarnaast
liet hij verschillende rekentaken parallel uitvoeren om het
rekenproces te versnellen met evenveel energieverbruik. Tot slot paste
hij gespecialiseerde hardware toe (ASIC: Application Specific IC) om
rekenprocessen zuiniger te laten verlopen.
71 mWatt
Denolf heeft zijn methode concreet uitgewerkt in een nieuwe efficiënte
MPEG-4 video-encoder en -decoder. Met een energieverbruik van 71
milliWatt wist hij net zo goed te presteren als de meest geavanceerde
hoge resolutie video-encoders die op de markt beschikbaar zijn. Denolf
verwacht dat hij nog flink meer energie kan besparen door een drietal
extra technieken toe te passen (lage energie CMOS, spanningseilanden
en een herontwerp van de (I)DCT kern). Het promotieonderzoek van
Kristof Denolf verliep onder de hoede van prof.dr. Henk Corporaal van
de TU/e en is uitgevoerd bij IMEC in Leuven (België), een
onafhankelijk onderzoeksinstituut op het gebied van nano-elektronica
en nanotechnologie.
Veelbelovend
IMEC zal het veelbelovende resultaat opnemen voor verdere ontwikkeling
in een van IMEC's onderzoeksprogramma's. Het is de opvolger van het
M4-programma waarin IMEC onder andere met Samsung de technologieën
onderzocht voor 'de gsm van de toekomst' en dat eerder dit jaar met
mooie resultaten werd afgesloten. Het onderzoek van Denolf paste in
een subprogramma samen met Xilinx, marktleider in programmeerbare
logische schakelingen (FPGAs). Rudy Lauwereins, vice-president Nomadic
Embedded Systems: "Het onderzoek van Kristof was in de eerste plaats
bedoeld om een ontwerpmethode uit te werken. Met zijn
'proof-of-concept' toepassing op MPEG-4 behaalt hij daarmee meteen al
schitterende resultaten, wat het beste belooft voor de toekomst. De
bedoeling is om de ontwerpmethode nu ook toe te passen op toekomstige
multimediastandaarden en te implementeren op meer flexibele en
programmeerbare hardware."
Technische Universiteit Eindhoven