基于GPU的H.265编码技术研究与实现
发布时间：2021-12-10 22:07
随着视频应用的范围越来越广,视频编码标准也在不断更新换代,视频格式的不断变化带来视频数据量的增加,因此,一个性能良好的视频压缩标准就显得尤为重要。新一代视频编码标准H.265/HEVC在保证视频编码质量的同时,相较于之前的H.264/AVC编码标准能减少50%的码率,但是,它的复杂度也大幅度增加,导致编码速度慢。H.265官方给出的开源纯软件编码器HM采用串行实现方式,编码速度很慢但是没有版权保护很方便再开发。H.265编码技术中包含大量重复计算和可并行模块,同时,GPU是一款具有高度并行架构的显卡,十分适合并行计算,两者结合将会对编码速度有较大提升。本文在GPU平台上对H.265编码技术进行并行设计与实现,使用CUDA语言对HM编码器中的耗时模块进行重新编写,以达到提升编码速度的目的。首先,本文对H.265编码标准和编码关键技术进行了详细的分析,包括图像划分方式、整体编码框架、帧内预测、帧间预测以及变换与量化,并对GPU架构和CUDA体系作了详细叙述,为后续在GPU平台上进行实现奠定了理论基础。分析了HM编码器的运行框架和各个编码模块的耗时占比,选择了帧间预测、变换和量化作为本文进行...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
视频源配置文件图
第四章 实验结果与分析样化，本文选用不同分辨率，包含不同帧数的四组视频序列进行了测试，但是由于Elecard HEVC Analyzer 分析工具的版权限制，只能显示前 4 帧序列，所以为了能够直观显示出视频序列间的变化，以下测试序列均以第 1 帧和第 4 帧的编码前后图像作对比。测试使用的第一组视频序列 basketball，分辨率为 832x480，序列总共包含 5 帧图像，图 4.1 分别是 basketball 视频序列第 1 帧和第 4 帧编码前后的测试图：
（a）basketball 序列第 4 帧编码前 （b）basketball 序列第 4 帧编码后图4.2 basketball 序列第 4 帧图像编码前后比对图从图 4.1 和图 4.2 能够看出，basketball 序列的第一帧图像中，篮球还在空中，的身穿红色球衣的男子并未触碰到篮球，在第四帧时篮球已经到了男子手中，另这两帧图像序列的编码前后对比图可以看出，两种码流文件呈现的图像是一致右边图像中的红色和蓝色矩形框是 Elecard HEVC Analyzer 分析工具显示的编码
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SATD的H.265/HEVC拉格朗日因子选择算法[J]. 李维,赵凡,张二虎,任鹏. 通信学报. 2017(06)
[2]基于PSNR评价方法的H.264与HEVC视频编码标准比较分析[J]. 任仲夷,孙伟,穆德国. 信息与电脑(理论版). 2016(15)
[3]GPU上不同存储器上CUDA程序功耗分析[J]. 华锋亮. 信息与电脑(理论版). 2016(03)
[4]基于HEVC的亚像素运动估计快速算法[J]. 王维,肖进胜,刘国雄,易本顺,张新晨. 系统工程与电子技术. 2014(12)
[5]一种快速HEVC帧内预测模式决策算法[J]. 雷海军,危雄,杨张,袁梅冷. 计算机工程. 2014(05)
[6]新一代视频编码标准HEVC的关键技术[J]. 赵耀,黄晗,林春雨,白慧慧. 数据采集与处理. 2014(01)
[7]高效视频编码[J]. 沈燕飞,李锦涛,朱珍民,张勇东. 计算机学报. 2013(11)
[8]基于GPU的并行集群系统的发展[J]. 杨柳,刘铁英. 计算机光盘软件与应用. 2013(18)
[9]新一代视频编码标准——HEVC[J]. 朱秀昌,李欣,陈杰. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2013(03)
[10]HEVC整数DCT变换与量化的FPGA实现[J]. 刘毅,罗军,黄启俊,常胜. 电视技术. 2013(11)
博士论文
[1]H.265/HEVC编码加速算法研究[D]. 王建富.中国科学技术大学 2015
[2]HEVC编码快速算法关键技术研究[D]. 周承涛.浙江大学 2014
硕士论文
[1]HEVC关键模块并行算法的设计与基于GPU的实现[D]. 张维龙.大连理工大学 2016
[2]HEVC视频编码算法的CUDA优化与应用[D]. 叶强.西安电子科技大学 2015
[3]HEVC中熵编码算法的CUDA优化[D]. 许珊珊.北京理工大学 2015
[4]基于GPU的H.265视频并行编码设计与实现[D]. 仝明亮.南京邮电大学 2014
[5]基于CUDA的HEVC/H.265环路滤波并行优化[D]. 梅鸿雁.华中科技大学 2014
[6]关于HEVC帧内预测快速模式选择算法的研究[D]. 吴明.南京理工大学 2014
[7]基于HEVC帧内预测算法的优化[D]. 胥加旺.南京理工大学 2014
[8]混合视频编码框架下的变换编码技术研究[D]. 陈明书.北京邮电大学 2014
[9]HEVC编解码算法的CUDA优化[D]. 徐荣飞.北京邮电大学 2013
[10]下一代视频编码标准HEVC帧间预测优化算法研究[D]. 张和仙.西安电子科技大学 2013
本文编号：3533478
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
视频源配置文件图
第四章 实验结果与分析样化，本文选用不同分辨率，包含不同帧数的四组视频序列进行了测试，但是由于Elecard HEVC Analyzer 分析工具的版权限制，只能显示前 4 帧序列，所以为了能够直观显示出视频序列间的变化，以下测试序列均以第 1 帧和第 4 帧的编码前后图像作对比。测试使用的第一组视频序列 basketball，分辨率为 832x480，序列总共包含 5 帧图像，图 4.1 分别是 basketball 视频序列第 1 帧和第 4 帧编码前后的测试图：
（a）basketball 序列第 4 帧编码前 （b）basketball 序列第 4 帧编码后图4.2 basketball 序列第 4 帧图像编码前后比对图从图 4.1 和图 4.2 能够看出，basketball 序列的第一帧图像中，篮球还在空中，的身穿红色球衣的男子并未触碰到篮球，在第四帧时篮球已经到了男子手中，另这两帧图像序列的编码前后对比图可以看出，两种码流文件呈现的图像是一致右边图像中的红色和蓝色矩形框是 Elecard HEVC Analyzer 分析工具显示的编码
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SATD的H.265/HEVC拉格朗日因子选择算法[J]. 李维,赵凡,张二虎,任鹏. 通信学报. 2017(06)
[2]基于PSNR评价方法的H.264与HEVC视频编码标准比较分析[J]. 任仲夷,孙伟,穆德国. 信息与电脑(理论版). 2016(15)
[3]GPU上不同存储器上CUDA程序功耗分析[J]. 华锋亮. 信息与电脑(理论版). 2016(03)
[4]基于HEVC的亚像素运动估计快速算法[J]. 王维,肖进胜,刘国雄,易本顺,张新晨. 系统工程与电子技术. 2014(12)
[5]一种快速HEVC帧内预测模式决策算法[J]. 雷海军,危雄,杨张,袁梅冷. 计算机工程. 2014(05)
[6]新一代视频编码标准HEVC的关键技术[J]. 赵耀,黄晗,林春雨,白慧慧. 数据采集与处理. 2014(01)
[7]高效视频编码[J]. 沈燕飞,李锦涛,朱珍民,张勇东. 计算机学报. 2013(11)
[8]基于GPU的并行集群系统的发展[J]. 杨柳,刘铁英. 计算机光盘软件与应用. 2013(18)
[9]新一代视频编码标准——HEVC[J]. 朱秀昌,李欣,陈杰. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2013(03)
[10]HEVC整数DCT变换与量化的FPGA实现[J]. 刘毅,罗军,黄启俊,常胜. 电视技术. 2013(11)
博士论文
[1]H.265/HEVC编码加速算法研究[D]. 王建富.中国科学技术大学 2015
[2]HEVC编码快速算法关键技术研究[D]. 周承涛.浙江大学 2014
硕士论文
[1]HEVC关键模块并行算法的设计与基于GPU的实现[D]. 张维龙.大连理工大学 2016
[2]HEVC视频编码算法的CUDA优化与应用[D]. 叶强.西安电子科技大学 2015
[3]HEVC中熵编码算法的CUDA优化[D]. 许珊珊.北京理工大学 2015
[4]基于GPU的H.265视频并行编码设计与实现[D]. 仝明亮.南京邮电大学 2014
[5]基于CUDA的HEVC/H.265环路滤波并行优化[D]. 梅鸿雁.华中科技大学 2014
[6]关于HEVC帧内预测快速模式选择算法的研究[D]. 吴明.南京理工大学 2014
[7]基于HEVC帧内预测算法的优化[D]. 胥加旺.南京理工大学 2014
[8]混合视频编码框架下的变换编码技术研究[D]. 陈明书.北京邮电大学 2014
[9]HEVC编解码算法的CUDA优化[D]. 徐荣飞.北京邮电大学 2013
[10]下一代视频编码标准HEVC帧间预测优化算法研究[D]. 张和仙.西安电子科技大学 2013
本文编号：3533478
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