新一代视频编码技术的并行算法设计与实现

发布时间：2017-05-06 12:10

  本文关键词：新一代视频编码技术的并行算法设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在当今蓬勃发展的信息时代,数字视频由于高效、直观的信息表达方式而备受青睐。随着H.264与HEVC视频编码标准的推出,实现高性能的视频压缩已成为现实,但同时编解码的计算复杂度大大提高,严重制约了视频编解码的运行速度。近几年,GPU (Graphic Processing Unit,图形处理器)技术快速发展,其突出的浮点运算和并行计算性能越来越适合通用计算。2008年,OpenCL计算框架的提出使得基于CPU与GPU组建的异构平台开发出并行加速算法成为可能。因此,本文利用GPU众核环境对H.264解码器和HEVC中CABAC熵编码开发出并行算法,以提高高清视频编解码的速度,满足实际应用需要。本文工作主要包括三部分：(1)针对H.264解码器中运算复杂度较大的各算法模块进行并行算法设计。包括对反量化与DCT反变换设计出全并行算法,对亮度1/4像素内插及色度1/8像素内插设计出不同并行度的并行算法,对帧内重建和帧间重建有针对性地设计出对角并行和全并行算法。(2)针对HEVC编码器中耗时较多的CABAC模块进行并行算法设计,主要对CABAC中的语法元素预处理过程设计出两种不同并行度的全并行算法。(3)针对整个H.264解码器及HEVC编码器分别设计出CPU双线程+GPU多线程并行方案,进一步增强编解码的加速效果。以上三项工作均通过OpenCL编程在CPU+GPU异构平台上予以实现。文中进行了大量的实验,实验结果表明,与标准的JM13.2解码器相比,本文设计的H.264并行解码器在保证视频解码性能一致的条件下,显著提高了解码速度,实现了高清晰视频实时解码重建(帧率≥30fps)的应用要求；与x265相比,本文设计的HEVC中CABAC并行算法有效地提高了计算效率,运行耗时显著降低。
【关键词】：H.264 HEVC GPU 高清视频 并行算法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 本文研究内容与结构安排10-12
• 1.3.1 本文研究内容10-11
• 1.3.2 本文结构安排11-12
• 2 H.264、HEVC视频编码标准和OpenCL概述12-31
• 2.1 视频编码发展历程12-13
• 2.2 H.264视频编码器框架13-14
• 2.3 H.264视频解码关键技术14-22
• 2.3.1 H.264解码器框架14-15
• 2.3.2 熵解码15
• 2.3.3 反量化和DCT反变换15-18
• 2.3.4 预测重建18-22
• 2.4 HEVC视频编码器框架22
• 2.5 HEVC视频编码技术22-27
• 2.5.1 编码树单元结构22-24
• 2.5.2 CABAC基本原理24-27
• 2.6 OpenCL概述27-31
• 2.6.1 GPU硬件结构27-28
• 2.6.2 OpenCL架构28-31
• 3 H.264、HEVC视频编解码的并行算法设计与基于OpenCL的实现31-48
• 3.1 H.264解码器并行方案整体设计31-33
• 3.2 H.264解码器关键模块的并行算法设计与基于OpenCL的实现33-43
• 3.2.1 反量化与DCT反变换并行算法设计33-36
• 3.2.2 亚像素内插并行算法设计36-38
• 3.2.3 帧内视频图像重建并行算法设计38-42
• 3.2.4 帧间视频图像重建并行算法设计42-43
• 3.3 HEVC中CABAC的并行算法设计与基于OpenCL的实现43-48
• 3.3.1 CABAC中全并行算法设计43-46
• 3.3.2 CPUDT+GPUMT并行方案设计46-48
• 4 实验结果举例与分析48-60
• 4.1 H.264解码器中并行算法的实验结果与分析49-54
• 4.1.1 反量化和DCT反变换并行算法实验结果与分析50-51
• 4.1.2 亚像素内插并行算法实验结果与分析51-52
• 4.1.3 帧内图像重建并行算法实验结果与分析52-53
• 4.1.4 帧间图像重建并行算法实验结果与分析53-54
• 4.2 H.264解码器整体性能分析54-56
• 4.3 HEVC中CABAC并行算法的实验结果与分析56-60
• 4.3.1 语法元素预处理实验结果与分析56-57
• 4.3.2 CPUDT+GPUMT并行方案实验结果与分析57-60
• 结论60-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 苏奇;张发存;;H.264/AVC快速帧内预测模式选择新算法[J];计算机应用;2011年02期

2 朱秀昌;李欣;陈杰;;新一代视频编码标准——HEVC[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2013年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王晓锋;HEVC帧间预测与CU划分快速算法[D];西安电子科技大学;2014年

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本文编号：348376