基于GPU的H.264视频编码实现

发布时间：2017-06-05 04:20

  本文关键词：基于GPU的H.264视频编码实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,视频应用越来越普及,并且随着处理性能、显示设备和网络性能的提升,大分辨率视频(如高清视频、超高清视频)逐渐成为视频业务的主流。随着图像尺寸的增加,为了追求更高的视频压缩性能,视频压缩算法的复杂度也日益增长。从H.264到现在的HEVC标准,视频压缩的复杂度也成倍增长,在现有的处理平台上已经很难满足高清/超高清视频图像的实时编码,这制约了高清视频业务的发展。因此,研究高分辨率视频图像的快速编码技术成为视频编码领域的一个研究热点。另一方面,随着GPU的高速发展,利用GPU进行并行计算优化具有研发成本低、编程灵活、并行处理能力强等优点而成为一种通行做法。因此,研究基于GPU平台的快速视频编码技术具有很大的市场应用前景。 本文选择目前视频压缩标准中主流的H.264编码器作为优化对象,研究其在GPU平台上的并行优化问题,以提高高清视频图像的编码速度。本文取得的主要成果有： 1.本文设计和改进了H.264编码器的GPU+CPU异构的编程模式。该模式可以有效的降低数据在GPU和CPU之间传输次数,提高系统的运行效率。 2.本文改进并实现了一种基于GPU平台的H.264帧内编码并行计算结构。该结构可以降低预测编码的数据程度,提高了帧内编码计算的并行化程度。 3.本文改进和实现了熵编码的并行计算结构。该算法充分利用GPU的存储和线程特性,对亮度直流分量和交流分量、色度直流分量和交流分量进行并行处理,提高熵编码的效率。 实验结果表明本文实现的编码器比CPU下算法加速的x264编码器速度提升4-5倍,大幅提高了高清视频图像的编码速度。
【关键词】：H.264 GPU CUDA 帧内预测编码 熵编码
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.81
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-13
• 1.2 基于GPU的H.264视频编码并行优化研究现状13-14
• 1.3 论文研究的主要内容14
• 1.4 论文章节安排14-16
• 第二章 H.264视频编码原理及CUDA架构16-33
• 2.1 H.264视频编码原理16-25
• 2.1.1 帧内预测编码17-20
• 2.1.2 帧间预测编码20-21
• 2.1.3 DCT变换与量化21-23
• 2.1.4 熵编码23-25
• 2.2 CUDA架构25-32
• 2.2.1 GPGPU概述25
• 2.2.2 CUDA简介25
• 2.2.3 CUDA硬件模型25-27
• 2.2.4 CUDA编程模型27-29
• 2.2.5 CUDA存储器模型29-31
• 2.2.6 基于CUDA的H.264并行优化31-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 基于CUDA平台的H.264视频编码结构并行优化33-52
• 3.1 H.264视频编码的CPU+GPU混合编程结构33
• 3.2 帧内预测算法的GPU并行优化33-45
• 3.2.1 帧内预测算法数据相关性分析33-35
• 3.2.2 帧内预测并行算法——行波流水方法的设计与实现35-42
• 3.2.3 帧内预测并行算法——整帧图像并行的方法设计与实现42-44
• 3.2.4 两种并行算法的对比44-45
• 3.3 熵编码过程的并行化45-50
• 3.3.1 CAVLC熵编码过程中的数据相关性分析45-47
• 3.3.2 CAVLC熵编码并行化模型47-49
• 3.3.3 CAVLC熵编码码流合并的并行化实现49-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 H.264并行算法的程序优化52-56
• 4.1 CUDA程序优化概述52-53
• 4.1.1 内存密集型52
• 4.1.2 指令密集型52-53
• 4.1.3 延迟密集型53
• 4.2 CUDA程序性能分析53-55
• 4.2.1 CUDA profiler的使用53-54
• 4.2.2 基于CUDA的编码器的程序性能分析与优化54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 实验结果及分析56-62
• 5.1 本文的软硬件环境以及视频序列信息56-57
• 5.2 评价指标57-58
• 5.3 基于CUDA的H.264视频编码器各个模块的性能分析58-60
• 5.3.1 帧内预测模块并行性能58-59
• 5.3.2 熵编码模块并行性能59-60
• 5.4 基于CUDA的H.264视频编码器的整体性能60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 钱悦;;图形处理器CUDA编程模型的应用研究[J];计算机与数字工程;2008年12期

2 李东江;唐义平;;H.264中CAVLC的分析与实现[J];网络安全技术与应用;2008年01期

3 张志涛;梁光明;陈明生;刘东华;王立松;;基于纹理特征的H.264帧内预测快速算法[J];中国图象图形学报;2011年08期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 任巨;基于流计算模型的视频编码关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

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本文编号：422922