基于Tilera多核处理器的HEVC多路视频流并行解码方法的设计与实现

发布时间：2020-09-11 20:30

　　 HEVC是新一代视频压缩国际标准,相对比H.264/AVC标准,它可以在保证视频传输质量同等水平前提下,实现编码效率大幅提高,同时,HEVC为并行而生,在编解码超高清视频领域相比H.264/AVC更加灵活。然而,其带来了编解码效率提高的同时也带来了巨大的编、解码运算复杂度,成为推广应用的最大瓶颈。本文以多核处理器Tilera-GX36作为硬件平台,分别研究了HEVC解码算法的并行优化和多路视频流的并行解码技术。论文的主要工作和创新如下:1.研究并实现了解码过程中基于CTU单元的波前并行处理方法。基于CTU单元之间的依赖性分析,重新设计CTU依赖表和缓存交互策略,结合线程池技术,实现了基于CTU单元的波前并行算法。在图像质量保持同等可靠性的同时,极大提高了并行解码系统的并行解码效率,解决了超高清视频流帧图像局部计算复杂度过载情况。2.研究并实现了深度耦合DF和SAO的快速融合环路滤波算法。通过对HEVC解码框架中DF模块中对亮度分量去方块滤波、色度分量去方块滤波以及SAO样本自适应补偿三者之间数据依赖关系分析,重新设计解码方法流程,深度耦合DF去方块滤波和样本自适应补偿SAO,实现快速融合环路滤波。减少了核心与缓存之间的交互通信,提高了解码效率。3.研究并实现了基于集成化众核平台的多路视频流并行高速解码调度策略。针对Tilera-GX36众核平台,提出了并行的分像素插值解码算法,并且使用SSE2指令集优化实现了快速并行分像素插值优化;结合上述基于CTU颗粒度的HEVC波前并行解码算法以及快速融合环路滤波算法,在像素解码重构模块和快速环路滤波模块之间运用流水线并行技术,实现了多层次并行解码的融合;基于多核平台设计了动态多路并行调度算法,实现了二路高清视频的实时并行高速解码,提高了多核处理平台的核资源利用率以及解码执行效率。本文针对每一个算法,设计了与当下主流的算法对比实验。实验结果表明,基于CTU单元的波前并行算法比主流的OWF波前并行算法有了明显的提高,解码时间平均降低了9.9%;基于CTU单元的快速融合环路滤波算法比基于多核处理器的任务级与数据级相结合的HEVC并行解码技术与实现中的环路滤波算法有了解码帧率的显著提高,在QP为32,6核数情况下解码时间平均降低了2.3%;基于Tilera-GX36集成化众核平台的多路视频流并行高速解码调度算法可完成二路HEVC视频流自适应实时高效并行解码。最后,对于论文所做的全部工作做出了总结,同时,基于目前研究成果提出了对未来研究工作的期望。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN919.81
【部分图文】：

框图,框图,视频流,视频编解码

HEVC 视频编解码标准与并行化结构分析和 ITU-T联合成立的国际视频编解码组织 JVT，在原有国际标准字视频编解码标准---HEVC。面对日益增长的高清，超高清视解码系统，HEVC 在保证视频流传输可靠性的前提下，极大提。据公开信息表明，在保持视频流图像质量一样的前提下，H 的一倍左右[16]，当然，其付出的巨大代价是 HEVC 带来了更大用从 H.261 以来的基于块的混合编码框架，在 HEVC 编码框架信息采用帧内帧内预测模块去除[10]，视频流每一帧时间域冗余视频流每一帧符号冗余信息熵编码采用二进制算术编码减少]。

示意图,示意图,宏块,编解码

生学位论文第二章 HEVC 视频编解码标准与、基于多达 33 个方向的帧内预测与预测类型、基于模式依量预测选择机制（AMVP）、Merge 模式及基于 Merge 模式运动矢量预测、多帧运动补偿预测、高精度运动补偿插值器、采样自适应滤波器（SAO）、上下文自适应二进制算术 H.264/AVC 编解码国际标准中，其采用宏块的编解码方式宏块划分，或者，4*4 和 8*8 的子宏块划分，由于其宏块超高清视频时显得无能为力，没有办法满足我们的需求。而式更加灵活，如图所示。这样的灵活的码块划分方式为应时编解码提供了极大的便捷[17]。

帧内预测,预测过程,角度,编解码

图 2.3 HEVC 帧内预测角度和预测过程的视频帧特点是其每一帧都具有丰富的纹理信息，相较于 H.26预测角度，正由于 HEVC 编解码标准提供如此多的帧内变换预测任超高清视频的编解码操作，因为更多的预测方向保证来预测的码框架中的帧间预测是整个编解码过程中运算复杂度最大的一个为以下几种预测模式[17]：基于 H.264direct 帧间预测模块改进的标和 Skip 跳过模式[19]。根据视频流帧与帧之间的信息相关性，对于种标准模式，类似与 DPCM 中的增量调制思想，视频采用 HEV以大大减少数据量，在保持视频流可靠性的同时，大大降低编码

【参考文献】