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、職稱劉凱＿授指導教師姓名＿教工學碩士申請學位類別學校代碼10701學號1503121642分類號TN91密級公開西安電子科技大學碩士學位論文基于多核DSP處理器的高性能視頻編解碼技術(shù)研究作者姓名：肖夫強一級學科：計算機科學與技術(shù)二級學科：計算機應用技術(shù)學位類別：工學碩士指導教師姓名、職稱：劉凱教授學院：計算機學院提交日期：2018年6月High-performanceVideoCodecsBasedonMulti-coreDSPProcessors

2、TechnicalResearchAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinComputerApplicationTechnologyByXiaoFuqiangSupervisor:LiuKaiTitle:ProfessorJune2018西安電子科技大學學位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學校嚴謹?shù)膶W風和優(yōu)良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進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或其它教育機構(gòu)的學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均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學位論文若有不實之處一，本人承擔切法律責任。本人簽名省我浪、：Ｉ：＿日期■西安電子科技大學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有關(guān)保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學。學校有

4、權(quán)保留送交論文的復印件，允許查閱、借閱論文；學校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，結(jié)合學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。：導師簽名：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)的編碼標準已經(jīng)無法滿足高壓縮率的需求。H.265/HEVC作為一種新的編碼標準極大的提高了視頻編碼效率，但同時也帶來了計算復雜度數(shù)十倍的增加，從而導致編碼速度過慢。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，并設計實現(xiàn)了可以實際應用的視頻編解碼系統(tǒng)。幀內(nèi)預測編碼技術(shù)主要是去除信息在空間上的冗余，通過遍歷35種預

6、測模式，計算拉格朗日率失真代價來選取最優(yōu)的預測模式。最優(yōu)預測模式選取分為粗選和細選兩個過程，雖然在粗選過程中通過哈達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，通過統(tǒng)計35種預測模式最終被選為最優(yōu)預測模式的次數(shù)和概率，然后對預測模式分組，組內(nèi)分類，對概率不同的預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，實現(xiàn)了符合H.265/HEVC標準的單核視頻編碼器。為了提高編碼速度發(fā)揮多核處理器的優(yōu)勢，設計并實現(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。在編解碼系統(tǒng)實現(xiàn)中，設計了雙發(fā)送、雙接收緩沖區(qū)的圖像緩存機制來實現(xiàn)傳輸和編碼的異步操作，通過請求響應機制和數(shù)據(jù)包封裝來進行流量控制。通

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