基于多核处理器的H.264并行编码算法的设计与实现

摘要

H.264编码标准具有码率低和视频质量高等优越性能,在具有这些高性能的同时,编码过程中的计算复杂度也相应的增加了,因此如何优化H.264标准编码过程中的算法成为了提高H.264编码效率的关键。随着多核处理器平台的成熟和广泛运用,在多核处理器平台上利用并行算法的思想,实现基于多核处理器平台的并行编码算法对提高H.264编码效率、满足高清视频实时传输和大规模共享具有十分重要的意义。
　　 本文在H.264开源编码器项目JM源代码的基础之上,从图像结构层次和预测算法两个角度分析了其各自的并行可能性。
　　 从图像结构层次角度,确定了帧级、片级和宏块级这三个可行的并行层次,本文着重分析了这三个层次的各自编码特点,在对源代码详细分析的基础上,通过分析图像帧之间的参考关系,提出了一种基于处理器内核数的可变B帧数帧级并行算法;依据片之间的相互独立的关系,设计了一种平均划分下的片级并行编码算法;根据宏块之间的参考关系,设计了一种基于延时策略的的行宏块级并行算法。
　　 从预测算法的角度,对帧间预测、帧内预测、变换与反变换以及熵编码进行了分析,同时借鉴其他研究者的一些成果,采用了其他研究者已经实现了的帧间预测的运动补偿并行算法,采用多核处理器的指令集实现变换与反变换过程中的并行矩阵运算,并针对帧内预测和熵编码提出了一种并行预测策略。
　　 本文最后基于Intel同构多核平台,提出结合了帧级、片级、行宏块级3种不同粒度和并行预测算法的并行编码方案,实现了H.264并行编码器。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究内容

1.3 论文研究的目的和意义

1.4 国内外研究情况

1.5 章节安排

第二章 多核处理器结构

2.1 多核处理器概述

2.1.1 多核处理器的发展过程

2.1.2 多核处理器结构的特点

2.1.3 多核处理器的应用模式

2.2 多核处理器与并行算法

2.3 本章小结

第三章 H.264编码标准的体系结构

3.1 H.264编码标准发展综述

3.1.1 H.264编码标准的由来

3.1.2 H.264标准的特点

3.2 H.264编码标准的主要技术

3.2.1 H.264标准的层次结构

3.2.2 H.264编解码标准的关键技术

3.2.3 H.264编解码标准的技术优势

3.3 本章小结

第四章 H.264标准编码的流程

4.1 层次编码流程分析

4.2 功能编码流程分析

4.3 本章小结

第五章 H.264标准编码并行性分析

5.1 H.264标准编码的并行层次的划分

5.1.1 图像组的并行

5.1.2 帧的并行

5.1.3 片和片组并行

5.1.4 宏块的并行

5.2 H.264标准编码过程算法的并行性分析

5.2.1 帧间预测

5.2.2 帧内预测

5.2.3 变换和反变换

5.2.4 熵编码

5.3 本章小结

第六章 H.264标准的并行编码设计

6.1 帧级并行编码设计

6.2 片级并行编码设计

6.3 宏块级并行编码设计

6.4 算法数据级并行算法设计

6.4.1 帧内预测

6.5 本章小结

第七章 H.264标准并行编码的实现

7.1 帧级并行的实现

7.1.1 帧类型的设置

7.1.2 B帧序列的确定和B帧线程的创建

7.1.3 主线程与B帧线程的同步

7.2 片级并行的实现

7.2.1 设置分片数和片序列的确定

7.2.2 片编码线程的建立

7.3 宏块级并行的实现

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果