AVS标准中整数DCT变换的CUDA并行算法

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1、第2011拳年第11月片期MIcCR微OCO计MPU算TER机APP应LICA用TIONSVol_N32OVN．o2．011AVS标准中整数DCT变换的CUDA并行算法孟小华2刘坚强(暨南大学计算机科学系暨南大学天体测量、动力学与空间科学中法联合实验室广州510632)摘要：随着图形处理器(GPU)的处理能力的不断增强，图形处理器越来越多的运用在计算密集型的数据处理中。AVS标准视频压缩算法中一些步骤存在典型的并行特性，高清、超清视频压缩的串行算法执行时间开销较大，难以满足实时编码的需要，因此利用GPU的并行处理能力和CUDA的编程框架对

2、AVS标准中的整数DCT变换算法进行了并行实现。经过实验测试，并行算法与串行算法相比具有较高的加速比。关键词：图形处理器AVSCUDA并行算法加速比ParallelAlgorithmofIntegerDCTintheAVSstandardbasedonCUDAMENGXiaohua，LIUJianqiang(DepartmentofComputeScience，JinanUniversity，Guangzhou510632，China，Sino—FranceJointLaboratoryforAstrometry，DynamicsandS

3、paceScience，JinanUniversity，Guangzhou，510632，China)Abstract：WiththegrowthofGPU’Sprocessingcapability，GPUismoreincreasinglyappliedincalculation—intensivedataprocess．PartofstepsintheAVSvideocompressionalgorithmstandardhaverelativelyhighparallelcharacteristics．itwillconsumem

4、uchtimetoexecuteHD／uhraHDvideocompressionaccordingtoserialalgorithms，whichcannoteasytomeetthereal—timeneeds，usingtheCUDAparallelprocessingpowerandgraphicshardwareGPUprogrammablility，hasrealizedtheparallelalgorithmsofintegerDCTtransformintheAVSstandards．Afterexperimentalte

5、stingandcomparedwithserialprogramme，ithasrelativelyhighspeedup．Keywords：GPU，AVS，CUDA，parallelalgorithms，speedupAVS是我国自主制定的具有自主知识产权的第二代信源编码标准¨』，是《信息技术先进音视频编码》系列标准的简称，其视频编码标准采用与H．264类似的技术框架，包括变换、量化、熵编码、帧内预测、帧问预测、环路滤波等。由于其编码算法复杂度较高，特别是随着高清、超清视频的普及，提高编解码速度成为目前要解决的重要问题之一。整数DCT

6、变换在AVS编码中是调用频度高且比较耗时的部分，研究它的快速实现算法有利于编码器的实时编码实现。文献¨提出了一种AVS整数DCT变换和量化的方法，采用的较低复杂度的4x4整数变换矩阵获得较高的编码效率，但是4x4整数DCT变换的去相关性不足。因此本文采用了去相关性更强的8x8整数DCT变换，在高清应用中获得更好的压缩性能和视觉效果。文献提出了一种AVS整数DCT变换的快速变换算法并在DSP上实现，采用加法和移位操作代替乘法运算降低计算复杂度获得了4倍加速比。现在计算机普遍配置了高性能的图形卡，人们已在很多领域尝试利用图形处理器的计算能力来

7、进行高性能计算。本文研究利用GPU(GraphicProcessingUnit)的并行处理能力和CUDA(Com·puteUnifiedDeviceArchitecture)的编程框架对AVS标准中的整数DCT变换算法进行了并行实现。本文于2011—10—20收到。11期孟小华等：AVS标准中整数DCT变换的CUDA并行算法411AVS标准及其视频部分的概述AVS标准是信息技术先进音视频编码系列标准的简称，是我国具有自主知识产权的第二代信源编码标准，该标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准，采用当前

8、国际主流的视频编解码方案并加人了我国自主创新的技术成果。其中AVS第二部分(AVS1一P2)为AVS系列标准中最重要的视频部分，其中融合了可变块大小的运动补偿和预测、多方向空问预测、多参考帧、