面向多核DSP的實時視頻並行編碼關鍵技術研究

《面向多核DSP的實時視頻並行編碼關鍵技術研究》是依託山東科技大學，由李哲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向多核DSP的實時視頻並行編碼關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李哲
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

目前視頻監控已滲透到工農業生產、國家安全和日常生活的各個角落，且高清視頻的需求也越來越急迫。如何充分利用多核DSP實現實時視頻編碼成為當前視頻編碼研究的重點和難點。儘管高清視頻編碼標準業已成熟，但標準未考慮多核DSP下的實現問題。實際套用中視頻並行編碼性能並未達到預期效果，其中多核處理器間的負載平衡和碼率分配是視頻並行編碼性能提升面臨的兩個主要難題。鑒於此，本項目將從視頻特性和編碼數據出發，挖掘影響負載均衡和碼率分配的重要因素，建立面向多核DSP的視頻複雜度和編碼複雜度模型，並根據該模型進一步研究在資源受限平台上負載均衡算法和碼率分配算法，以提高實時視頻並行編碼的多核加速比和整體編碼性能。本項目的預期研究成果將從理論上擴充現有的多核DSP實時視頻編碼理論，從技術上提高視頻編碼速度、最佳化多核DSP視頻編碼效率，這對形成自主智慧財產權、推動高清視頻套用發展、提升社會和經濟效益都具有重要意義。

結題摘要

目前視頻監控已滲透到工農業生產、國家安全和日常生活的各個角落，且高清視頻的需求也越來越急迫。如何充分利用多核DSP實現實時視頻編碼成為當前視頻編碼研究的重點和難點。儘管高清視頻編碼標準業已成熟，但標準未考慮多核DSP下的實現問題，實際套用中視頻並行編碼性能並未達到預期效果。 針對面向視頻監控套用的多核DSP實時視頻編碼中，由於自然圖像的隨機特性和編碼器的最優編碼模式選擇引起的負載不均衡以及由並行編碼引入的碼率分配誤差大，制約多核DSP實時視頻編碼速度和性能提升的問題。本項目基於TI公司的多核DSP晶片C6678設計了HEVC條帶並行編碼器，給出了HEVC編碼器在多核DSP上的存儲空間分配策略，設計了基於分類快取的CTU幀間編碼參考數據空間方法和兼顧低延時和低存儲開銷的視頻數據調度策略；實驗結果表明，相比於CPU平台，所提出的基於多核DSP的編碼器在編碼性能損失0.93dB的基礎上，獲得了465倍的加速比。通過深入考察視頻圖像的紋理特徵和運動特徵，提出了基於Sobel運算元的幀內紋理複雜度計算模型和基於編碼參數的幀間編碼複雜度預測模型；通過分析上述特徵與最優編碼模式選擇和編碼耗時之間的關係，提出了針對於多條帶HEVC並行編碼器的負載均衡算法，通過控制多核執行緒的計算負載來實現負載均衡，從而提升多條帶HEVC並行編碼器的編碼加速比；實驗結果表明，與現有均勻條帶劃分方法相比，提出的方法能夠提升加速比9.23%左右，而編碼的性能損失幾乎可以忽略不計。通過分析編碼質量與編碼幀複雜度、CTU複雜度、碼率分配間的關係，設計了基於區域劃分的CTU級碼率分配算法；實驗結果表明，所提算法有效平滑了重建I幀和相鄰幀之間的主觀質量，相比於HM參考編碼器中的R-Lambda模型，所提算法的客觀重建質量平均提升了0.57dB。 本項目從視頻特性和編碼數據出發，挖掘影響負載均衡和碼率分配的重要因素，相關成果對提高視頻編碼速度、最佳化多核DSP視頻編碼效率、推動高清視頻套用發展具有重要意義。