基于Tilera多核处理器的HEVC视频编码并行算法的研究与实现-信号与信息处理专业论文.docxVIP

南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 研究生签名： 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索； 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名： 导师签名： 日期： 摘要 HEVC 是面向高清和超高清视频编码的新一代国际标准，具有更高的压缩性能。然而， 极高的计算复杂度成为其应用主要障碍。随着多核处理器的发展，在多核平台下的并行编码 成为解决问题的一种有效途径。本文基于 TILE-Gx36 多核处理平台对 HEVC 视频编码并行处 理技术进行了研究，在深入挖掘 HEVC 中存在的并行潜力基础上，充分利用多核处理机制， 提出了三种有效的并行编码算法。论文的主要研究内容和创新点如下： （1）提出了一种基于 WPP 思想的 CTB 行级并行编码算法。针对 HEVC 标准中的 WPP 并行算法效率低下的问题，通过研究帧内 CTB 与帧间 CTB 之间依赖关系，提出了以 CTB 行 为并行粒度的帧内|帧间 CTB 行的并行处理算法，基于保持帧间相关性前提，一旦某 CTB 行 编码线程结束，且当前帧没有剩余的需要编码的 CTB 行时，立即下一帧 CTB 行的编码，提 高了并行加速比。 （2）提出了一种改进的并行帧内预测算法。针对 HEVC 帧内预测过程的全遍历算法计 算复杂度高，从而影响了编码速度的问题，在深入分析不同深度下 CU 的相关性后，通过构 造优先级队列实现不同深度下的 CU 并行预测，同时在 4×4 粒度下通过共用参考像素，一次 并行处理两个 4×4 大小的 CU，使帧内预测的速度有了明显的改善。 （3）提出了一种 HEVC 多粒度融合并行编码算法。基于上述研究得到的分析结果，进 一步设计了多核分配与多线程调度策略，保证多核资源的充分利用；同时通过引入信号量与 互斥量进行多核分配过程中的同步与通信，实现不同粒度的处理单元协调工作。在 CTU 层面 利用 CTB 行级并行算法实现不同帧不同 CTB 行的并行编码，在 CU 层面利用并行帧内预测 算法实现不同深度下 CU 并行编码，达到了整体视频编码性能的有效提升。 论文对高清视频和超高清视频进行了实验和分析。其中，CTB 行级并行算法在保证 PSNR 和码率的前提下，并行加速比最高达到了 6.2；并行帧内预测算法最高可以节省 74% 的 帧内预测时间，显著地提高了预测编码速度；多粒度融合的 HEVC 并行编码突破了 CTB 行 级并行算法的性能瓶颈，最大并行加速比达到了 6.3。实验结果表明，本文提出的并行算法在 不影响视频图像质量的前提下，减少了计算复杂度，加快了编码速度，显著地提升了并行加 速比。 论文最后对全文工作进行了总结，并对后续研究方向进行了展望。 关键词：HEVC 编码，多核处理平台，并行处理，CTB，帧内预测，多粒度融合 I Abstract HEVC is the new international standard for high and ultra-high definition video coding, providing higher compression performance. However, the extreme high computational complexity becomes a major obstacle in application. With the development of multi-core processing architecture, parallel encoding in multi-core platform presents an effective way. Based on exploring the potential parallel processing of HEVC, as well as the multi-core mechanisms, the thesis con