本文關鍵詞：基于異構(gòu)多核的高性能視頻編碼器研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：相較于H.263和MPEG-4等編碼標準,H.264和HEVC無論是視頻壓縮效率還是高清視頻顯示都遠遠地超過了前者,因此本文選擇H.264和HEVC這兩種高性能視頻編碼器進行研究。 由于視頻編碼器的復雜度越來越高,傳統(tǒng)的設計平臺無論是高性能單核處理器,還是同構(gòu)多核處理器都存在一定的不足之處。異構(gòu)多核處理器既能提供通用處理能力,又能夠提供專用硬件加速器的并行處理能力。因此,本文提出了基于異構(gòu)多核的高性能視頻編碼器實現(xiàn)方案,基于Zynq處理器構(gòu)建了異構(gòu)多核處理器系統(tǒng),移植嵌入式Linux系統(tǒng)到ARM上,最終完成x264編碼器的優(yōu)化實現(xiàn)。 本文首先針對不同場景及通信速率需求,設計并實現(xiàn)了三種通信方法,它們都是基于AXI接口和共享內(nèi)存的異構(gòu)多核核間通信方法：提供低速通信的基于AXI_GP接口的通信方法,提供高速通信的基于AXI_HP接口的通信方法,提供低延遲通信的基于AXI_ACP接口的通信方法,此外還完成了三種通信方法在嵌入式Linux下的驅(qū)動開發(fā)。 然后對高性能視頻編碼器的關鍵技術和Zynq-7000處理器進行研究,在異構(gòu)多核系統(tǒng)上進行軟硬件協(xié)同設計,使ARM處理器核作為主核串行地執(zhí)行x264編碼算法,MicroBlaze軟核處理器作為協(xié)處理器輔助執(zhí)行一些函數(shù),利用HLS工具生成的自定義IP核作為硬件加速器執(zhí)行運算密集的函數(shù)。實驗結(jié)果表明,對于標清視頻序列,編碼后在代表圖像質(zhì)量的參數(shù)PSNR(Y)平均下降情況0.0024dB的情況下,編碼速度平均提高2.39倍。 最后介紹了HEVC的編碼流程,對PC平臺的HM編碼器的幀內(nèi)預測和幀間預測進行函數(shù)調(diào)用分析及耗時情況測試,確定幀間預測為優(yōu)化重點,提出了一種幀間預測的運動估計優(yōu)化算法。實驗結(jié)果表明,對于高清視頻序列,編碼后在碼流比特率平均上升0.25%的情況下,編碼耗時最多下降3.9%。
【關鍵詞】：異構(gòu)多核 核間通信 H.264 HEVC
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN919.81
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 視頻編碼技術的發(fā)展12-14
• 1.2.2 基于多核系統(tǒng)的H.264編碼器研究現(xiàn)狀14
• 1.2.3 HEVC編碼器研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 高性能視頻編碼標準及關鍵技術17-25
• 2.1 高性能視頻編碼標準概述17-18
• 2.2 H.264視頻編碼關鍵技術分析18-20
• 2.2.1 幀內(nèi)預測18-19
• 2.2.2 幀間預測19
• 2.2.3 去方塊效應濾波19
• 2.2.4 整數(shù)變換與量化19-20
• 2.2.5 熵編碼20
• 2.3 HEVC視頻編碼關鍵技術分析20-22
• 2.3.1 幀內(nèi)預測20-21
• 2.3.2 幀間預測21
• 2.3.3 環(huán)路濾波21-22
• 2.3.4 整數(shù)變換與量化22
• 2.3.5 熵編碼22
• 2.4 高性能視頻編碼器的性能評估22-24
• 2.4.1 高性能視頻編碼器檔次的分級22-23
• 2.4.2 高性能視頻編碼系統(tǒng)評價指標23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第三章 基于異構(gòu)多核系統(tǒng)的x264編碼器總體設計25-34
• 3.1 異構(gòu)多核系統(tǒng)的硬件架構(gòu)設計25-27
• 3.1.1 硬件資源介紹25-26
• 3.1.2 硬件架構(gòu)設計26-27
• 3.2 異構(gòu)多核系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設計27-29
• 3.2.1 H.264開源軟件介紹27
• 3.2.2 軟件架構(gòu)設計27-29
• 3.3 異構(gòu)多核系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設計29-31
• 3.3.1 軟硬件協(xié)同設計方法介紹29
• 3.3.2 使用Vivado進行軟硬件協(xié)同設計29-31
• 3.4 異構(gòu)多核系統(tǒng)的硬件加速設計31-33
• 3.4.1 以空間換時間31
• 3.4.2 以存儲器換門電路31-32
• 3.4.3 以IP核替換高層語言描述的函數(shù)32-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 第四章 異構(gòu)多核系統(tǒng)核間通信方法的設計與實現(xiàn)34-43
• 4.1 AXI總線簡介34-36
• 4.1.1 AXI協(xié)議34-36
• 4.1.2 AXI接口36
• 4.2 異構(gòu)多核系統(tǒng)核間低速通信方法設計36-38
• 4.2.1 AXI GP接口36-37
• 4.2.2 基于AXI GP接口的低速通信方法設計37-38
• 4.3 異構(gòu)多核系統(tǒng)核間高速通信方法設計38-40
• 4.3.1 AXI HP接口38-39
• 4.3.2 基于AXI HP接口的高速通信方法設計39-40
• 4.4 異構(gòu)多核系統(tǒng)核間一致性通信方法設計40-41
• 4.5 異構(gòu)多核系統(tǒng)各種通信方法性能分析與比較41-42
• 4.6 本章小結(jié)42-43
• 第五章 基于異構(gòu)多核系統(tǒng)的x264編碼器優(yōu)化與實現(xiàn)43-66
• 5.1 異構(gòu)多核系統(tǒng)軟硬件環(huán)境介紹43-45
• 5.1.1 ZedBoard硬件開發(fā)環(huán)境43-44
• 5.1.2 Vivado軟件開發(fā)環(huán)境44-45
• 5.2 構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)45-47
• 5.2.1 構(gòu)建交叉編譯環(huán)境及編譯U-BOOT45-46
• 5.2.2 編譯設備樹及文件系統(tǒng)46-47
• 5.3 異構(gòu)多核系統(tǒng)硬件加速方案設計47-51
• 5.3.1 高層綜合工具HLS簡介47-48
• 5.3.2 使用HLS實現(xiàn)x264硬件加速方案48-51
• 5.4 異構(gòu)多核系統(tǒng)軟核實現(xiàn)方案設計51-53
• 5.4.1 MicroBlaze軟核簡介51-52
• 5.4.2 使用Vivado實現(xiàn)MicroBlaze軟核設計52-53
• 5.5 x264核心模塊分析與優(yōu)化53-62
• 5.5.1 x264主要函數(shù)調(diào)用分析53-56
• 5.5.2 x264主要模塊時間復雜度分析56-57
• 5.5.3 x264若干模塊硬件加速方案設計57-62
• 5.6 測試方案設計與分析62-64
• 5.7 本章小結(jié)64-66
• 第六章 基于HEVC的運動估計算法優(yōu)化與實現(xiàn)66-74
• 6.1 參考模型HM介紹66-67
• 6.2 HM主要函數(shù)調(diào)用分析67-69
• 6.3 運動估計算法的優(yōu)化設計與實現(xiàn)69-71
• 6.4 測試方案設計與分析71-73
• 6.5 本章小結(jié)73-74
• 第七章 總結(jié)與展望74-76
• 7.1 總結(jié)74
• 7.2 展望74-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80-81
• 作者攻讀學位期間發(fā)表的學術論文81

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 蔡曉霞;崔巖松;鄧中亮;常志峰;;下一代視頻編碼標準關鍵技術[J];電視技術;2012年02期

2 韋燕;;設備樹結(jié)構(gòu)與功能[J];電腦開發(fā)與應用;2013年06期

3 徐萬騰;劉樹昌;張鑫;莊仲;王妍;;基于GNU工具鏈開發(fā)的微型Linux系統(tǒng)[J];吉林大學學報(信息科學版);2014年05期

4 趙春蕾;戴明;孫麗娜;孫樂;孫崇尚;張晶;馮磊;;H.264/AVC碼率控制中初始量化參數(shù)的估計[J];光學精密工程;2014年09期

5 金磊;謝偉凱;林藝;魯晨平;申瑞民;;基于H.264的屏幕視頻實時編碼器優(yōu)化[J];計算機工程;2012年16期

6 羅紅兵;張曉霞;王偉;武林平;;科學計算應用程序單核指令級優(yōu)化研究[J];計算機研究與發(fā)展;2014年06期

7 張新晨;肖秀秀;趙婭;黎偉;江昊;肖進勝;;一種HEVC幀內(nèi)預測快速算法[J];計算機工程;2014年10期

8 路偉;余寧梅;南江涵;王冬芳;;并行可配置的HEVC熵編碼的VLSI結(jié)構(gòu)[J];計算機工程與應用;2014年03期

9 張奕;;基于H.264的視頻網(wǎng)絡傳輸方法的研究[J];現(xiàn)代導航;2012年05期

  本文關鍵詞：基于異構(gòu)多核的高性能視頻編碼器研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：373211