基于多核DSP處理器的高性能視頻編解碼技術(shù)研究

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1、碩士學(xué)位論文基于多核ＤＳＰ處理器的高性能視頻編解碼技術(shù)研究作者姓名肖強(qiáng)、職稱劉凱＿授指導(dǎo)教師姓名＿教工學(xué)碩士申請學(xué)位類別學(xué)校代碼10701學(xué)號1503121642分類號TN91密級公開西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文基于多核DSP處理器的高性能視頻編解碼技術(shù)研究作者姓名：肖夫強(qiáng)一級學(xué)科：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)二級學(xué)科：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)位類別：工學(xué)碩士指導(dǎo)教師姓名、職稱：劉凱教授學(xué)院：計算機(jī)學(xué)院提交日期：2018年6月High-performanceVideoCodecsBasedonMulti-coreDSPProcessors

2、TechnicalResearchAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinComputerApplicationTechnologyByXiaoFuqiangSupervisor:LiuKaiTitle:ProfessorJune2018西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研宄工作及取得的研究成果

3、。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研宄成果中所羅列的內(nèi)容以外；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同事對本研宄所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文若有不實(shí)之處一，本人承擔(dān)切法律責(zé)任。本人簽名省我浪、：Ｉ：＿日期■西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有

4、權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱、借閱論文；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時本人保證，結(jié)合學(xué)位論文研究成果完成的論文、發(fā)明專利等成果，署名單位為西安電子科技大學(xué)。：導(dǎo)師簽名：本人簽名＿：０＾２日期：［日期，｜摘要摘要視頻編碼，也叫視頻壓縮，是當(dāng)今信息化時代圖像處理領(lǐng)域的一個重要研究方向。視頻編碼是指利用視頻數(shù)據(jù)的相關(guān)性去除圖像信息中的冗余，這些冗余主要包括圖像空間相關(guān)性、時間相關(guān)性和頻域相關(guān)性帶來的信息冗余和編碼符號在統(tǒng)計學(xué)上的冗余。根據(jù)壓縮算法是否產(chǎn)生失真，

5、將視頻壓縮分為有損壓縮和無損壓縮。隨著視頻分辨率、幀率和圖像深度的不斷提高，傳統(tǒng)的編碼標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)無法滿足高壓縮率的需求。H.265/HEVC作為一種新的編碼標(biāo)準(zhǔn)極大的提高了視頻編碼效率，但同時也帶來了計算復(fù)雜度數(shù)十倍的增加，從而導(dǎo)致編碼速度過慢。視頻編碼研究的主要方向有兩個，一是充分挖掘圖像相關(guān)性、去除信息冗余來提高編碼性能，二是在保證編碼質(zhì)量的前提下提高編碼速度。本文的主要目的是從優(yōu)化編碼算法和利用多核DSP處理器的優(yōu)勢兩方面提高編碼速度，并設(shè)計實(shí)現(xiàn)了可以實(shí)際應(yīng)用的視頻編解碼系統(tǒng)。幀內(nèi)預(yù)測編碼技術(shù)主要是去除信息在空間上的冗余，通過遍歷35種預(yù)

6、測模式，計算拉格朗日率失真代價來選取最優(yōu)的預(yù)測模式。最優(yōu)預(yù)測模式選取分為粗選和細(xì)選兩個過程，雖然在粗選過程中通過哈達(dá)瑪變換代替離散余弦變換和離散正弦變換來提高計算速度，但是其本質(zhì)仍然是一種窮舉算法。本文利用大部分圖像或者一幅圖像的大部分區(qū)域都是平坦的這一特點(diǎn)，通過統(tǒng)計35種預(yù)測模式最終被選為最優(yōu)預(yù)測模式的次數(shù)和概率，然后對預(yù)測模式分組，組內(nèi)分類，對概率不同的預(yù)測模式分配不同的計算資源來優(yōu)化粗選過程。結(jié)果表明在保證圖像質(zhì)量的前提下可以有效提高I圖像編碼速度，與x265相比在相同條件下速度提升10%左右。多核DSP處理器在視頻編碼方面具有很大優(yōu)勢

7、。本文選擇C6678多核DSP為平臺，實(shí)現(xiàn)了符合H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)的單核視頻編碼器。為了提高編碼速度發(fā)揮多核處理器的優(yōu)勢，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了以圖像組為單位請求分發(fā)的多核并行編碼器。由于封閉式圖像組之間的相互獨(dú)立性，基于圖像組的并行可以減少多核之間的同步、協(xié)調(diào)工作。編碼器設(shè)計中通過將視頻數(shù)據(jù)存放在多核共享DDR中以避免大量數(shù)據(jù)在核間傳遞，同時將數(shù)據(jù)按照bank分開存儲來降低多核競爭共享存儲器帶來的CPU周期浪費(fèi)。在編解碼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，設(shè)計了雙發(fā)送、雙接收緩沖區(qū)的圖像緩存機(jī)制來實(shí)現(xiàn)傳輸和編碼的異步操作，通過請求響應(yīng)機(jī)制和數(shù)據(jù)包封裝來進(jìn)行流量控制。通

8、過測試結(jié)果表明，多核DSP在進(jìn)行視頻編碼方面性能優(yōu)越，對于標(biāo)清視頻，編碼速度可以達(dá)到25fps以上，可以應(yīng)用到實(shí)際的編解碼場景中。關(guān)鍵詞：視頻編碼，HEVC，幀內(nèi)預(yù)