面向多核处理器的视频编码并行加速算法综述

视频编码算法复杂度的提高,对处理器性能提出了更高的需求,多核处理器为媒体数据处理提供了有力的平台。分析了视频编码标准算法的特点,总结视频编码加速的方法,按照对称多核处理器、不对称多核处理器以及混合式多核处理器的分类,介绍基于多核处理器的并行视频编码设计方法以及典型例子;总结基于多核处理器进行视频编码设计可能遇到的问题,并指出了未来的研究方向。     

基于OpenMP的AVS并行编码算法研究与实现

为了提高新一代音视频编解码技术标准AVS的编码速度,利用OpenMP在多核处理器平台上研究并实现了AVS的GOP级、条带级,帧级和基于任务队列模型的帧级并行编码算法.对CIF格式的视频序列进行了测试,在四核处理器平台上加速比最高能达到3.82x.另外,基于任务队列模型的帧级并行算法在保持图像质量不变的基础上解决了帧级并行算法加速比偏低的缺点.实验结果表明,OpenMP是一种简单而有效的并行化编程工具,基于OpenMP的各个AVS并行编码算法与原串行算法相比,编码速度都有显著提高.     

基于同构多核处理器的H.264多粒度并行编码器

H.264码率低和视频质量高的优越性能以增加编码计算的复杂度为代价,如何开发适用于多核处理器平台的并行编码算法是提高其编码速度的重要研究内容,对于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.利用H.264开源编码器项目X264,在片级和数据级并行编码算法的基础上,通过分析图像帧之间的参考关系,提出并实现了B帧个数可变的帧级并行算法;根据宏块之间的参考关系,设计了一种类似流水线的宏块级并行方法;基于Intel同构多核平台,提出融合帧级、片级、宏块级和数据级4种不同粒度的并行编码方案,开发了H.264多粒度并行编码器.实验结果表明,在码率增加不大的情况下,H.264多粒度并行编码器可以很好地提升编码加速比,视频编码质量符合高质量的要求.     

HEVC帧内预测算法加速设计与实现

新一代视频编码标准获得了较高的编码效率,但同时也增加了计算量。HEVC(High Efficiency Video Coding)并行算法能够提高编码速度,开发适用于多核处理器的并行编码算法对于满足高清视频实时传输和大规模实时共享具有十分重要的意义。分析帧内预测算法在处理像素过程中数据之间的依赖关系,进行基于预测模式的细粒度并行性的设计。块与块之间采用流水线处理,减少帧内预测算法的执行时间。利用动态可编程可重构视频阵列处理器,对帧内预测算法进行验证。实验结果表明,相比于HM16.0官方测试标准,信噪比提高了10%,算法的执行时间减少了大约70%。     

一种易于并行实现的全局运动估计算法

提出一种新的全局运动匹配算法，该算法可高效地将匹配任务分配在多个处理器上，通过协处理器并行工作，最终实现高质量的编码视频。     

基于CUDA的快速图像压缩

为了进一步提高JPEG编码效率,对JPEG压缩算法进行研究,分析得出JPEG核心步骤可以并行化处理.因此,实现平台宜采用以并行计算为优势的GPU,而不是以串行计算为主的CPU.NVIDIA新推出的CUDA(计算统一设备架构)为此实现提供了软硬件环境.CUDA是基于GPU进行通用计算的开发平台,非常适合大规模的并行数据计算.在GPU流处理器架构下用CUDA技术实现编码并行化,并针对流处理器架构特点进行内存读写等方面的优化,提高了JPEG编码的速度.实验结果表明了CUDA技术在并行处理方面的优越性,JPEG编码效率得到了极大提高.     

面向三维重建的无人机影像并行处理技术

为提升三维重建任务的执行速度,解决行业现实应用对时效性的需求,提出一种无人机影像并行处理与特征提取算法,基于CPU与GPU两种计算架构在三维重建的两个阶段并行加速处理。一是基于CPU的并行处理策略,针对多核处理器采用OpenMP多线程机制,对无人机影像进行并行加载,为后续处理提供高效数据源;二是基于GPU的并行处理策略,通过改进SIFTGPU算法在GPU上以并行方式对图像进行特征提取,为快速重建提供特征输入。真实数据的实验结果表明,与现有算法相比,在图像处理速度上提升了2倍,特征点数量提升了4倍的同时,提取速度提升了11倍。     

基于CUDA的并行全搜索运动估计算法

为了提高H.264视频编码效率,基于计算统一设备架构(CUDA)的并行全搜索运动估计算法,并利用GPU强大的计算能力和CUDA优化的存储层次结构,以加速H.264编码中的运动估计.与传统的以牺牲视频质量来提升运动估计性能的方法不同,该算法在保证视频质量的同时,结合运动估计计算密集、计算量大等特点,充分利用CUDA架构的并行性加快运动估计的速度,从而达到提高实时编码速度的目的.在GTX280实验平台上的实验结果显示,采用文中算法比优化的CPU实现可获得高达70倍的加速比.     

基于多核处理器的SVC高清实时编码

针对SVC（Scalable Video Coding）视频编码算法的高复杂度,提出了一种面向TileraGx36多核平台的针对高清视频的SVC并行编码算法。在层间,提出基于时间层对齐的空间层级并行编码;在层内,针对图像变化的多样性,为实现Slice间编码性能的动态均衡,提出了直接根据统计时间的Slice级动态分割方法,并针对依赖性较强的去方块滤波模块实现了多核并行滤波方案。结合平台特点,实现了多核处理器核数的动态分配方案。实验结果表明,整个方案并行加速比超过19,实现了最大分辨率720P视频序列的实时编码。     

基于异构多核处理器的H.264并行编码算法

H.264视频编码标准计算复杂度较高,难以完成高清视频的实时编码。为此,提出异构多核DM6467平台的H.264并行编码算法。综合DM6467内部各个硬件加速引擎的依赖关系和存储器特点,设计宏块级并行编码算法,通过分析多slice模式流水线的特点,以及数字信号处理器和ARM双核任务分配,提出合并流水线、核间负载均衡的优化方案。实验结果表明,优化后的编码器效率提高18%,能实现在DM6467平台上1080P的实时编码。     

Interactive scheduling for mobile multimedia service in M2M environment

Computational load of motion estimation in advanced video coding (AVC) standard is significantly high and its more true for HDTV sequences. In this paper, video processing algorithm is mapped onto a learning method to improve machine to machine (M2M) architecture, namely, the parallel reconfigurable computing (PRC) architecture, which consists of multiple units, First, we construct a directed acyclic graph (DAG) to represent the video coding algorithms comprising motion estimation. In the future trillions of devices are connected (M2M) together to provide services and that time power management would be a challenge. Computation aware scheme for different machine is reduced by dynamically scheduling usage of multi-core processing environment for video sequence depending up complexity of the video. And different video coding algorithm is selected depending upon the nature of the video. Simulation results show the effectiveness of the proposed method.     

基于自动镜头分割的视频压缩编码算法

将镜头分割引入压缩编码,针对分割镜头特性确定适当的编码器及参数,能够提高视频压缩编码的效率．为此,提出了一种基于对分查找的镜头分割算法(VSSB)以及关键帧频率计算公式．其算法的核心是通过对分查找形成二叉树,同时通过广度优先搜索寻找分割点,具有O(log n)的时间复杂性．针对实时应用,采用了双阈值比较的镜头分割算法,能够较好地实现镜头切变和渐变的检测．基于镜头分割算法,建立并实现了并行方式的编解码系统模型．实验证明,基于镜头分割的编码方法能够提高压缩比,缩短压缩编码时间,有利于改善重建图像质量。     

Relay selection with feedback beamforming information through designed sector sweep report frame for mmWave WPANs

This paper proposes a novel relay selection strategy based on the feedback beamforming （BF） information through designed sector sweep （SSW） report frame for millimeter-wave （mmWave） wireless personal networks （WPANs）. First, an SSW report frame compatible with IEEE 802.11ad standard is designed. Second, an approach collecting instantaneous channel state information （CSI） overheard during BF is devised. Third, with the aim of minimizing the outage probability and maximizing the overall network throughput capacity, the optimal relay selection issue for non-line-of-sight （NLoS） links is formulated as a bipartite graph, and Kuhn Munkres （KM） algorithm is provided to resolve it. Both theoretical analysis and simulation results show, with CSI considering NLoS conditions and selected relays according to the overall network throughput capacity maximization principle, the improvements achieved over opportunistic relay selection strategy in terms of overall network throughput capacity and outage probability with minimal modifications to IEEE 802.1lad.     

运动跟踪与Motion-JPEG2000在可视电话系统中的应用

提出了一种运动跟踪与Motion-JPEG2000标准相结合的可视电话视频编码方法。实验结果显示该方法在实时性和图像质量两方面都取得了较好的效果。     

Entropy difference-based early skip detection technique for high-efficiency video coding

Recently, high-efficiency video coding (HEVC) has been developed as a new video coding standard focusing on the coding of ultrahigh definition videos as high-resolution and high-quality videos are getting more popular. However, one of the most important challenges in this new standard is its encoding time complexity. Due to this it is quite difficult to implement the HEVC encoder as a real-time system. In this paper, we have addressed this problem in a new way. Generally, for a natural video sequence good amount of coding blocks are “skip” in nature, which need not be transmitted and can be generated in the decoder side using the reference pictures. In this paper, we propose an early skip detection technique for the HEVC. Our proposed method is based on identifying the motionless and homogeneous regions in a video sequence. Moreover, a novel entropy difference-based calculation is proposed in this paper which can predict the skip coding blocks more accurately in a natural video sequence. The experimental result shows our proposed technique can achieve more than 30 % encoding time reduction than the conventional HEVC encoder with negligible degradation in video quality.     

基于DM642的视频编码Cache优化策略

TMS320DM642DSP是TI公司新近推出的一款高性能数字多媒体处理器,它的两级高速缓存(Cache)结构为高复杂度视频编码算法的高效率实现提供了有力的保证。综合考虑视频编码算法特点和Cache结构特征实现的算法,能够满足系统整体需求和指标要求。本文首先简要介绍DM642的Cache结构特点,然后针对视频编码算法的高复杂度,提出一种Cache优化策略,能够很好的解决应用系统中的实时实现问题。     

Fast Motion Estimation on Graphics Hardware for H.264 Video Encoding

The video coding standard H.264 supports video compression with a higher coding efficiency than previous standards. However, this comes at the expense of an increased encoding complexity, in particular for motion estimation which becomes a very time consuming task even for today's central processing units (CPU). On the other hand, modern graphics hardware includes a powerful graphics processing unit (GPU) whose computing power remains idle most of the time. In this paper, we present a GPU based approach to motion estimation for the purpose of H.264 video encoding. A small diamond search is adapted to the programming model of modern GPUs to exploit their available parallel computing power and memory bandwidth. Experimental results demonstrate a significant reduction of computation time and a competitive encoding quality compared to a CPU UMHexagonS implementation while enabling the CPU to process other encoding tasks in parallel.     

基于H.264 的混沌视频加密系统

为了解决视频信息的安全问题,提出了一种基于视频编码标准H．264／AVC的混沌视频加密算法。利用流密码加密简单、运算速度快等优点,采用Logistic离散混沌序列对H．264／AVC标准的CAVLC（基于上下文的自适应变长编码）熵编码阶段的码流进行加密,并从算法的安全性、加密效率等方面进行分析。试验结果表明：该加密算法在保证视频内容信息安全性的前提下,不改变码流的结构,具有良好的实时性和快速性。