AVS编码器的模式判决优化与多核并行实现

摘要

互联网和移动通信行业的快速发展对视频编码的需求十分迫切。为破解视频编码被国外标准垄断的困境，我国发展出AVS标准，该标准初步达到先进技术水平。目前开源XAVS编码器对高清编码的支持很不到位，本文对该编码器进行多方面优化，致力于在视频质量只有很小下降的基础上提升编码速率，为高清编码提供条件。
　　本文首先对AVS标准进行理论研究，着重对比AVS和H.264的标准异同与性能差异，同时分模块对AVS编码器进行简要介绍，为编码器优化奠定基础。为了在视频编码过程中充分利用多核处理器的性能，本文引入并行编程的概念，并通过Amdahl定律对多核并行编码的加速性能进行分析。
　　本文第三部分针对XAVS编码器实现优化，着重提升编码速率。由于模式判决在编码时间中所占比例达70％左右，而其中运动估计模块又最为耗时，因此本文先对XAVS中默认的UMHS运动估计算法进行多方面优化，着重减少搜索点的数目与搜索步骤。经测试优化算法在PSNR（Peak Signal to Noise Ratio）下降不超过0.1dB、编码码率上升幅度不大于0.5%的前提下，编码帧率有12%到19%的提升。由于SKIP模式提前判决对于提升编码速率具有重要意义，本文引入基于HVS（Human Visual System）的SKIP判决算法，通过对宏块的亮度、对比度、方差等参数进行建模，使用新的SKIP判决模型，避免以往SKIP判决中最为复杂的运动搜索步骤。通过测试分析，加入新判决算法后在编码质量下降轻微的基础上，SKIP判决比例平均上升了57%，编码帧率大约提升9%。将优化的运动估计和SKIP判决算法合并到模式判决模块，经测试编码帧率平均提升约21%。
　　本文第四部分在 XAVS编码器中引入多核并行编码，通过对编码器并行加速性能的对比分析，发现并行编码时普遍存在运算量分布不平衡的问题。本文采用提前预测编码模式的思路，在编码之前对视频帧的运算复杂度进行预判，为每个编码线程分配大致相同的运算量，进而实现并行编码器的负载均衡，改善并行加速性能。在不同核心处理器上的测试表明，加入这些优化使 XAVS编码器的编码帧率相对普通并行编码提升幅度在20%左右，并行加速比例可超过3.6倍，同时编码码率上升一般控制在1%以内，而PSNR下降不超过0.35dB。

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第一章 绪论

1.1选题背景

1.2视频编码原理

1.3视频编码标准简介

1.4论文的内容安排和研究意义

第二章 AVS视频编码标准以及并行编程概述

2.1 AVS视频编码标准简介

2.2 AVS视频编码标准关键技术

2.3并行编程概述

2.4本章小结

第三章 AVS编码器的模式判决算法优化

3.1模式判决算法优化思路

3.2运动估计简述与快速运动估计算法

3.3快速运动估计算法的优化

3.4 SKIP提前判决算法

3.5 基于HVS的SKIP提前判决算法

3.6 测试结果分析

3.7 本章小结

第四章 AVS视频编码器的并行编码

4.1视频编码中的并行策略

4.2使用POSIX线程实现slice级并行

4.3并行编码中的负载均衡算法

4.4 测试结果分析

4.5本章小结

第五章 总结和展望

5.1研究总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

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