含GPU環(huán)境高清視頻圖像處理算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及多媒體技術(shù)的逐步成熟，多媒體技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。高清視頻圖像信息量巨大，其應(yīng)用對現(xiàn)有視頻圖像處理、存儲(chǔ)、以及網(wǎng)絡(luò)傳輸提出了新的要求。為了提高高清視頻圖像的處理效率，降低延時(shí)，新的運(yùn)算體系結(jié)構(gòu)和高性能計(jì)算方法層出不窮。在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，發(fā)展趨勢之一是多核CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；另一個(gè)發(fā)展趨勢是包含有圖像處理器的異構(gòu)多核結(jié)構(gòu)（CPU+GPU）。研究了在后者結(jié)構(gòu)環(huán)境里，從理論上如何提高高清視頻圖像處理中轉(zhuǎn)

2、碼、編碼的并行性，提出了相應(yīng)的并行性算法，給出詳細(xì)的測試數(shù)據(jù)和對比結(jié)果。主要研究和創(chuàng)新工作如下：
　　 ⑴分別對HARR和5/3小波變換，提出了基于異構(gòu)多核平臺(tái)下并行整數(shù)小波變換方法。依據(jù)HARR小波變換的原理，以四個(gè)相鄰位置的像素為單位做并行計(jì)算。根據(jù)5/3整數(shù)小波變換原理，以行為單位對其做并行計(jì)算。與CPU結(jié)構(gòu)整數(shù)小波變換計(jì)算時(shí)間相比較，在GPU多核結(jié)構(gòu)平臺(tái)下采用5/3小波處理高清圖像的計(jì)算時(shí)間減少了90％左右。
　　

3、 ⑵提出了一種MPEG-2/H.264幀內(nèi)并行快速轉(zhuǎn)碼算法PFIT，算法包含三個(gè)并行計(jì)算環(huán)節(jié)：以解碼過程中的DCT因子為研究對象，并行統(tǒng)計(jì)圖像各個(gè)宏塊的平滑性，預(yù)判H.264幀內(nèi)編碼的宏塊模式選擇；對DCT信息做并行IDCT計(jì)算，使其解碼到像素域；在像素域?qū)D像做SOBEL邊緣檢測，并行統(tǒng)計(jì)和分析了4×4，8×8和16×16內(nèi)的方向性，最終確定H.264幀內(nèi)編碼預(yù)測模式。通過OpenMP在雙GPU平臺(tái)上對前兩個(gè)步驟同時(shí)并行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果表明，在犧牲較小PSNR條件下，PFIT算法降低幀內(nèi)轉(zhuǎn)碼的時(shí)間復(fù)雜度，與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)聯(lián)算法運(yùn)算時(shí)間相比較減少了50％左右。
　　 ⑶提出了一種MPEG-2/H.264幀間并行快速轉(zhuǎn)碼算法PFPT，算法包含三個(gè)并行環(huán)節(jié)：通過對MPEG-2幀間解碼信息再利用，并行預(yù)判宏塊運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步預(yù)判Intra模式選擇或Inter模式分割，將MPEG-2宏塊的1/2精度運(yùn)動(dòng)矢量指定為H.264幀間宏塊編碼的預(yù)測運(yùn)動(dòng)矢量PMV，根據(jù)PMV變化動(dòng)態(tài)調(diào)

5、整H.264運(yùn)動(dòng)估計(jì)的搜索窗口；并行計(jì)算H.264七種分割模式的預(yù)測差SAD（Sum of Absolute Difference）；對幀間編碼并行計(jì)算運(yùn)動(dòng)估計(jì)。通過OpenMP在雙GPU平臺(tái)上對前兩個(gè)步驟同時(shí)并行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)表明與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)碼算法運(yùn)算時(shí)間相比較減少了90％左右。
　　 ⑷在2，3的算法基礎(chǔ)上，提出了一種MPEG-2/H.264分辨率并行快速轉(zhuǎn)碼算法PFRT。首先，分析幀內(nèi)分辨率轉(zhuǎn)碼算法，利用鄰近四個(gè)宏塊預(yù)判模式，

6、預(yù)估重構(gòu)宏塊的模式選擇，預(yù)測模式選擇仍然采用3中SOBLE邊緣檢測來進(jìn)行預(yù)判。其次，分析幀間分辨率轉(zhuǎn)碼算法，利用鄰近四個(gè)宏塊的解碼信息分析各個(gè)宏塊的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜度，對重構(gòu)宏塊做模式分割選擇以及預(yù)測運(yùn)動(dòng)矢量的估計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，在與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)聯(lián)算法在時(shí)間復(fù)雜度上比較中，幀內(nèi)分辨率轉(zhuǎn)碼算法計(jì)算時(shí)間減少了50％，幀間分辨率轉(zhuǎn)碼算法計(jì)算時(shí)間減少了90％。
　　 ⑸在以上算法的基礎(chǔ)上，提出了含雙GPU環(huán)境下高清視頻圖像處理的框架結(jié)構(gòu)，提出了基于上述框