面向HEVC編碼的高能效混合片上存儲(chǔ)管理策略的研究.pdf

1、新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC(H.265)是專門針對(duì)高清甚至超高清視頻提出的編碼標(biāo)準(zhǔn)，相比于現(xiàn)在廣泛采用的H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，在相同的視頻質(zhì)量下HEVC能夠提高一倍的壓縮比。這主要是由于在HEVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中添加了許多新的壓縮技術(shù)提高了編碼性能，如可變大小的編碼單元，多層次環(huán)路濾波以及獨(dú)立并行編碼單元Tile。然而，這些新的壓縮技術(shù)在帶來了高的壓縮比的同時(shí)也帶來了巨大的計(jì)算與訪存復(fù)雜度。研究表明，HEVC的訪存復(fù)雜度是H.2

2、64的兩倍以上，訪存壓力的增加帶來了巨大的訪存能耗，嚴(yán)重限制了HEVC的應(yīng)用與發(fā)展。因此，面向存儲(chǔ)子系統(tǒng)的優(yōu)化成為突進(jìn)HEVC在資源與能源有限的嵌入式系統(tǒng)中發(fā)展的重要研究途徑與方法。
　　本文提出了一種面向HEVC視頻編碼的基于多核處理器平臺(tái)的高能效混合片上SPM-Cache視頻存儲(chǔ)架構(gòu)以及管理算法。一個(gè)運(yùn)行時(shí)的訪存壓力預(yù)測(cè)算法被提出，用于預(yù)測(cè)在編碼下一編碼樹單元(CTU)的過程中對(duì)相應(yīng)搜索窗口各像素區(qū)域的訪存壓力。將預(yù)測(cè)結(jié)果中訪

3、問頻率高的像素區(qū)域依據(jù)處理器核內(nèi)與核間的數(shù)據(jù)復(fù)用加載到片上私有或共享SPM空間中，保證編碼過程中絕大多數(shù)訪存操作落在低功耗高速度的片上緩存空間上。對(duì)于其余像素區(qū)域利用小容量的片上硬件控制的Cache進(jìn)行訪問。
　　此外，本文提出了一個(gè)混合視頻存儲(chǔ)架構(gòu)管理單元(HVMMU)，主要負(fù)責(zé)訪問片上SPM空間的數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行虛擬地址到SPM物理地址的轉(zhuǎn)換;以及利用為每一個(gè)像素區(qū)域提供的硬件邏輯記錄相應(yīng)像素區(qū)域的訪存歷史信息，該訪存信息作為訪存壓

4、力預(yù)測(cè)算法的輸入數(shù)據(jù)。為了進(jìn)一步降低片上緩存空間的靜態(tài)能耗，提出了一個(gè)自適應(yīng)的片上SPM功率狀態(tài)管理算法。根據(jù)SPM空間區(qū)域在下一訪存階段的被訪問的概率大小，給相應(yīng)的SPM空間分配合適的低功率狀態(tài)，降低片上緩存靜態(tài)功耗。
　　本文最后在HEVC官方測(cè)試軟件HM14.0上實(shí)現(xiàn)了訪存壓力預(yù)測(cè)算法以及功率狀態(tài)管理算法，并且通過修改可支持全系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模擬器gem5實(shí)現(xiàn)本文提出的混合視頻存儲(chǔ)架構(gòu)以及功率狀態(tài)控制模塊。最后通過編碼各種視頻