【摘要】：新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC的提出,在編碼模塊引入更多新特性,較H.264/AVC降低一倍碼率的同時(shí),帶來了計(jì)算復(fù)雜度的大幅度增加�；诂F(xiàn)代多核處理器平臺(tái)的并行計(jì)算成為高復(fù)雜度視頻編碼的有力解決方案,具有重要的研究意義和應(yīng)用前景。本文針對(duì)HEVC視頻編碼復(fù)雜度高的問題,設(shè)計(jì)主要編碼模塊并行處理方案,提升編碼運(yùn)算效率;通過核調(diào)度策略將方案融合后應(yīng)用到多路編碼系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)對(duì)多路視頻的目標(biāo)場(chǎng)景并行處理。論文工作基于TILE-Gx36多核平臺(tái)展開,具體工作分為以下三部分:(1)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了CTU粒度并行算法方案。通過分析視頻編碼過程中的幀內(nèi)幀間模塊CTU之間的的依賴性以及負(fù)載均衡關(guān)系,發(fā)現(xiàn)CTU之間的負(fù)載均衡關(guān)系與依賴關(guān)系影響CTU編碼效率的機(jī)制,通過設(shè)計(jì)鄰接矩陣、入度矩陣等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),結(jié)合線程池核資源調(diào)度策略,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了CTU粒度的并行算法和熵編碼改進(jìn)方案,充分提高多核利用率,有效地提高了并行加速比。(2)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種CTU預(yù)測(cè)過程的并行算法。通過DAG分析預(yù)測(cè)過程中不同尺度CU的PU間存在的依賴關(guān)系,發(fā)現(xiàn)不同尺度的PU可以并行處理的可能性,并據(jù)此提出了CTU在預(yù)測(cè)模塊中并行方案。該并行算法使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列和四叉樹掃描技術(shù)做任務(wù)的初始化與更新,設(shè)計(jì)CTU內(nèi)的PU級(jí)并行編碼方案,有效提高預(yù)測(cè)模塊的編碼速度。(3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種多路視頻的并行編碼處理方案。首先將CTU粒度并行與CTU內(nèi)PU間并行的兩個(gè)并行方案通過核調(diào)度策略融合,獲得更高的單路視頻的并行加速比;在此基礎(chǔ)上,針對(duì)指定幀率和實(shí)時(shí)編碼兩種應(yīng)用場(chǎng)景,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了流內(nèi)和流間的核動(dòng)態(tài)分配方案,實(shí)現(xiàn)了多路視頻的多粒度融合并行編碼。本文在Tilera多核平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)上述三種編碼方案,通過設(shè)置對(duì)比算法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文研究的性能提升。其中CTU粒度并行編碼方案的并行加速比可達(dá)到9,并且不會(huì)影響視頻的客觀質(zhì)量參數(shù);預(yù)測(cè)模塊中設(shè)計(jì)CTU預(yù)測(cè)過程中的PU間并行算法有效的提高了并行度,相對(duì)幀內(nèi)2X并行算法、幀間局部并行算法都有速度提升,幀內(nèi)模塊加速比可達(dá)到2.5,幀間模塊加速比可以達(dá)到2.7;多路編碼系統(tǒng)中使用核動(dòng)態(tài)分配方案針對(duì)多路中各目標(biāo)場(chǎng)景,更合理的給多路分配核線程資源,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【圖文】：

圖 1.1 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷史面從時(shí)間上對(duì) HEVC 之前的編碼標(biāo)準(zhǔn)做簡(jiǎn)單敘述：988 年，H.261 標(biāo)準(zhǔn)成功發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于 ISDN 網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議，處理后碼流/s 整數(shù)倍速度傳輸，但通信方式受限于 ISDN 之間。作為 H 系列第一個(gè)視頻編碼標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)中的 zz 掃描、DCT 等技術(shù)仍在被繼續(xù)使用[8]。993 年，MPEG 組織的編碼標(biāo)準(zhǔn) MPEG-1 誕生，引入了雙向預(yù)測(cè)技術(shù)，該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用面向數(shù)字存儲(chǔ)媒體，該標(biāo)準(zhǔn)在使用中遇到了一個(gè)重大問題，當(dāng)視頻編碼中運(yùn)動(dòng)矢量重建圖像會(huì)有方塊效應(yīng)[9]。995 年，MPEG-2 作為應(yīng)用于 DVD 和數(shù)字視頻廣播的標(biāo)準(zhǔn)而指定。標(biāo)準(zhǔn)較 MPEG-1一些新概念，可以將一幀根據(jù)尺度劃分成四個(gè)等級(jí)，以及五個(gè)不同復(fù)雜度的檔次，級(jí)的不同組合方式可以決策不同的編碼方法。995 年，H.263 針對(duì)解決固定網(wǎng)絡(luò)帶寬下如何靈活變換碼率的問題而指定，該標(biāo)準(zhǔn)適會(huì)議等。此外，，為解決傳輸過程中的差錯(cuò)、誤碼等問題，H.263 經(jīng)不斷修訂衍生出 H.2

圖 2.1 HEVC 混合編碼框架2.3 HEVC 編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)HEVC 編碼標(biāo)準(zhǔn)提出了一種與 H.264 標(biāo)準(zhǔn)不同的圖像分割方式，用編碼樹單元CTU(Coding Tree Unit)作為圖像分割的基本單元取代了固定大小的編碼宏快[27]。HEVC 的數(shù)據(jù)單元相比 H.264 更靈活，HEVC 編碼框架在不同模塊都有自己特有的數(shù)據(jù)單元，一幀圖像劃分成 CTU 數(shù)據(jù)單元，CTU 單元根據(jù)計(jì)算復(fù)雜度自適應(yīng)劃分成 CU 單元，CU 單元在預(yù)測(cè)模塊劃分對(duì)應(yīng) PU(PredictionUnit)單元，殘差信息在變換量化模塊對(duì)應(yīng) TU(TransformUnit)單元，這幾種數(shù)據(jù)單元使得編碼更高效。CTU 作為一幀圖像分割的基本單元，一個(gè) CTU 包含一個(gè)亮度 CTB(Coding Tree Block)和兩個(gè)色度 CTB 以及相應(yīng)的語(yǔ)法元素，CTU 的尺度一般選用64×64、32×32 兩種來對(duì)一幀進(jìn)行劃分。對(duì)于一個(gè) CTU，會(huì)根據(jù)紋理復(fù)雜度向下自適應(yīng)劃分,CTU 會(huì)自頂向下的采用四叉樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解獲得率失真代價(jià)，然后自底向上的決策來確定最佳劃分模式，在一個(gè) CTU 內(nèi)形成不同尺度編碼單元 CU(CodingUnit)[28]。在 HEVC 的混合
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN919.81

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本文編號(hào)：2641110