基于众核平台的HEVC高清实时编码器的优化与实现——毕业论文

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1、上海交通大学硕士学位论文基于众核平台的HEVC高清实时编码器的优化与实现硕士研究生：学号：导师：副导师：申请学位：工学硕士学科：电子与通信工程所在单位：图像通信与网络工程研究所答辩日期：年月授予学位单位：上海交通大学上海交通大学硕士学位论文基于众核平台的HEVC高清实时编码器的优化与实现摘要视频是重要的数字信息载体，视频传输已经渗透到我们生活的方方面面。随着视频内容增长和视频产业的迅速发展，4K视频和3D视频逐渐走向商用，视频产业链面临更大压力，未来视频市场面临更高分辨率更高要求，超出了H.264/AVC的编码能力范围。在此背景下，新一代视频编码标准HEVC(HighEffi

2、ciencyVideoCoding)应运而生。HEVC标准的目标是在相同主观质量下压缩效率提升一倍，压缩效率提升的代价是计算复杂度急剧提升，而HEVC主要面向高清以上分辨率视频的编码，这给HEVC实时编码器的实现带来了很大的困难。视频编码有大量的数据密集型计算，即多个数据执行相同的算数运算，可以视为矢量计算，具有很强的并行计算特性。单指令多数据（SIMD,SingleInstructionMultipleData）技术则是CPU用来处理并行数据的计算，本文深入研究了SIMD技术，在TILE-GX36平台上针对HEVC的亚像素插值和变换模块这两个核心计算模块进行SIMD优化实现

3、，大幅提升编码速度。针对HEVC亚像素插值滤波器复杂度很高的问题，本文设计了简化抽头数的插值滤波器，在运动估计中使用简化的插值滤波器并通过SIMD优化实现，能有效提升编码速度同时压缩效率损失很小。针对HEVC的DCT变换复杂度高且数据位宽较大影响数据并行度的问题，本文提出了舍入低位数据压缩数据位宽的SIMD优化实现方法，能显著提升计算速度同时压缩效率损失可以忽略不计。本文先介绍了HEVC的关键技术和主要模块，分析了HEVC沿用的基于块的混合编码框架(Block-basedHybridVideoCodingIX上海交通大学硕士学位论文Framework)。在本文参与设计的HEV

4、C编码代码中，亚像素插值模块和变换反变换模块占总编码计算量的大部分，本文深入研究这两部分模块，提出了算法优化和SIMD优化实现方法，大幅减少编码计算量，实现高清HEVC实时编码。此外，本文在此基础上基于TILE-GX36众核计算平台实现了HEVC高清实时编码系统，该系统具有良好的性能。关键词：视频编解码，HEVC，SIMD，实时编码IX上海交通大学硕士学位论文OPTIMIZATIONANDIMPLEMENTOFHEVCHIGHDEFINITIONREAL-TIMEENCODERBASEDONMULTI-COREPLATFORMABSTRACTVideoinformationi

5、sareallyimportanttypeofdigitalinformationcarrier.Videotransmissionhaspermeatedineveryaspectofourlife.Withrapiddevelopmentofvideocontentandvideoindustry,aswellas4Kultrahighdefinitionvideoand3Dvideobecomemoreandmorepopular,thevideoindustrychainaresufferingmoreandmorepressure.Higherrequirement

6、soffuturevideomarketshasbeengettingoutofH.264/AVCcompressioncapabilities.Inthiscontext,newvideocodingstandardHEVC(HighEfficiencyVideoCoding)wasborn.ThetargetofHEVCistoachieve50%bitratereductioncomparedwithpredecessorH.264/AVC.Thecostofhighercompressionefficiencyistherapidincreaseofcomputing

7、complexity.HEVCismainlydevelopedforhigherdefinitionvideo.Theybothcontributetotheobstaclesofreal-timeHEVCencoderimplement.VideoCodingcontainslotsofdata-intensivecomputing,whichmeansmultipledataperformsthesamearithmeticcalculationandcanbeviewedasakindofvec