本文關(guān)鍵詞：面向HEVC編碼的高能效混合片上存儲管理策略的研究

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【摘要】：新一代視頻編碼標準HEVC(H.265)是專門針對高清甚至超高清視頻提出的編碼標準,相比于現(xiàn)在廣泛采用的H.264/AVC視頻編碼標準,在相同的視頻質(zhì)量下HEVC能夠提高一倍的壓縮比。這主要是由于在HEVC視頻編碼標準中添加了許多新的壓縮技術(shù)提高了編碼性能,如可變大小的編碼單元,多層次環(huán)路濾波以及獨立并行編碼單元Tile。然而,這些新的壓縮技術(shù)在帶來了高的壓縮比的同時也帶來了巨大的計算與訪存復雜度。研究表明,HEVC的訪存復雜度是H.264的兩倍以上,訪存壓力的增加帶來了巨大的訪存能耗,嚴重限制了HEVC的應用與發(fā)展。因此,面向存儲子系統(tǒng)的優(yōu)化成為突進HEVC在資源與能源有限的嵌入式系統(tǒng)中發(fā)展的重要研究途徑與方法。本文提出了一種面向HEVC視頻編碼的基于多核處理器平臺的高能效混合片上SPM-Cache視頻存儲架構(gòu)以及管理算法。一個運行時的訪存壓力預測算法被提出,用于預測在編碼下一編碼樹單元(CTU)的過程中對相應搜索窗口各像素區(qū)域的訪存壓力。將預測結(jié)果中訪問頻率高的像素區(qū)域依據(jù)處理器核內(nèi)與核間的數(shù)據(jù)復用加載到片上私有或共享SPM空間中,保證編碼過程中絕大多數(shù)訪存操作落在低功耗高速度的片上緩存空間上。對于其余像素區(qū)域利用小容量的片上硬件控制的Cache進行訪問。此外,本文提出了一個混合視頻存儲架構(gòu)管理單元(HVMMU),主要負責訪問片上SPM空間的數(shù)據(jù)時進行虛擬地址到SPM物理地址的轉(zhuǎn)換；以及利用為每一個像素區(qū)域提供的硬件邏輯記錄相應像素區(qū)域的訪存歷史信息,該訪存信息作為訪存壓力預測算法的輸入數(shù)據(jù)。為了進一步降低片上緩存空間的靜態(tài)能耗,提出了一個自適應的片上SPM功率狀態(tài)管理算法。根據(jù)SPM空間區(qū)域在下一訪存階段的被訪問的概率大小,給相應的SPM空間分配合適的低功率狀態(tài),降低片上緩存靜態(tài)功耗。本文最后在HEVC官方測試軟件HM14.0上實現(xiàn)了訪存壓力預測算法以及功率狀態(tài)管理算法,并且通過修改可支持全系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模擬器gem5實現(xiàn)本文提出的混合視頻存儲架構(gòu)以及功率狀態(tài)控制模塊。最后通過編碼各種視頻序列對本文提出的存儲架構(gòu)以及管理算法在性能能耗方面進行評估。與當前最新的研究成果相比,本文提出的面向HEVC的高能效視頻存儲架構(gòu)以及管理算法能夠在編碼性能不受太大影響的情況下,利用相對更小的片上緩存空間提供更低的編碼能耗。實驗結(jié)果顯示,本文提出的視頻存儲架構(gòu)以及管理策略能夠最大提供76.23%的片上靜態(tài)能耗減少,以及最大33.31%的存儲總能耗減少。
【關(guān)鍵詞】：片上視頻存儲架構(gòu) 存儲架構(gòu)管理 HEVC編碼 便箋式存儲器
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.81
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 本文的主要工作14-16
• 1.3 本文的章節(jié)安排16-17
• 第二章 HEVC背景介紹及相關(guān)工作分析17-22
• 2.1 HEVC相關(guān)背景介紹17-19
• 2.2 相關(guān)工作19-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第三章 算法原理與系統(tǒng)架構(gòu)22-29
• 3.1 算法原理22-26
• 3.2 系統(tǒng)架構(gòu)26-28
• 3.3 本章小結(jié)28-29
• 第四章 片上混合存儲管理策略29-40
• 4.1 load window訪存壓力預測算法29-34
• 4.2 片上混合存儲管理單元(HVMMU)的設計34-35
• 4.3 SPM功率狀態(tài)控制單元35-39
• 4.4 本章小結(jié)39-40
• 第五章 實驗結(jié)果及分析40-48
• 5.1 實驗方法與實驗框架40-43
• 5.2 實驗結(jié)果與分析43-46
• 5.3 硬件模塊影響分析46-47
• 5.4 本章小結(jié)47-48
• 第六章 結(jié)論與展望48-50
• 參考文獻50-55
• 致謝55-56
• 攻讀學位期間發(fā)表的主要學術(shù)論文56-57
• 攻讀學位期間參與科研項目及獲獎情況57-58
• 學位論文評閱及答辯情況表58

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本文編號：1059903