基于tilera多核处理器的hevc视频编码并行算法的研究与实现

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1、单位代码：１０２９３密级：硕女緣像讼乂■ｗ、？．’．＾＿＇．？．．户；、－．ｆ－？■－，‘Ｌ一．．■’？一．＇－？．■■—－？．一＊，■，＇’八论义题自：基于Ｔｉｌｅｒａ多核处理器的ＨＥＶＣ视频编码并行算法的研究与实现．学号１０１３０１０６０６姓名束聽导师胡栋教授学科专业信号与信息处理研究方向图像处理与多媒体通信ｄｒ申请学位类别工学硕论文提交二零一六年四月日期南京邮电大学学位论文原创性声明本人声人在导师指

2、导下进行的研究工作及取得的研究成果。明所呈交的学位论文是我个经发表或撰写过和致谢的地方外，论文中不包含其他人己＾＾＾标注尽我所知，除了文中特别加它教育机构的学位或证书而使用过的材料。的研巧成果，也不包含为获得南京邮电大学或其意。与我一同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表巧了谢一切相关的法律责任。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担从＇：；日期研巧生签名—ｙ４南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可１＾＾保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子文行检；入有库进索关数据レ全部部分

3、内容编许论文被查阅和借阅：可ッ将学位论文的或档；允。质文电子文的和纸档内容、汇文本编本学位论、或描等复制手段保存用影印印扫可［：＾采缩一院理。研究生办（包括）南邮电大学刊登授权京致。的公布相论文论文的内容适。用本授权书密后密位论文在解涉学＾ｒ：／日１（客签；期名生签：导师１名研＿究伞ResearchandImplementationofHEVCParallelEncodingAlgorithmBasedonTileraMulti-coreProcessorThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTel

4、ecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByShuJunSupervisor:Prof.HuDongApril2016摘要HEVC是面向高清和超高清视频编码的新一代国际标准，具有更高的压缩性能。然而，极高的计算复杂度成为其应用主要障碍。随着多核处理器的发展，在多核平台下的并行编码成为解决问题的一种有效途径。本文基于TILE-Gx36多核处理平台对HEVC视频编码并行处理技术进行了研究，在深入挖掘HEVC中存在的并行潜力基础上，充分利用多核处理机制，提出了三种有效的并行编码算法。论文的主要研究内容和创新点如下：（1）

5、提出了一种基于WPP思想的CTB行级并行编码算法。针对HEVC标准中的WPP并行算法效率低下的问题，通过研究帧内CTB与帧间CTB之间依赖关系，提出了以CTB行为并行粒度的帧内

6、帧间CTB行的并行处理算法，基于保持帧间相关性前提，一旦某CTB行编码线程结束，且当前帧没有剩余的需要编码的CTB行时，立即下一帧CTB行的编码，提高了并行加速比。（2）提出了一种改进的并行帧内预测算法。针对HEVC帧内预测过程的全遍历算法计算复杂度高，从而影响了编码速度的问题，在深入分析不同深度下CU的相关性后，通过构造优先级队列实现不同深度下的CU并行预测，同时在4×4粒度下通过共用参考像素

7、，一次并行处理两个4×4大小的CU，使帧内预测的速度有了明显的改善。（3）提出了一种HEVC多粒度融合并行编码算法。基于上述研究得到的分析结果，进一步设计了多核分配与多线程调度策略，保证多核资源的充分利用；同时通过引入信号量与互斥量进行多核分配过程中的同步与通信，实现不同粒度的处理单元协调工作。在CTU层面利用CTB行级并行算法实现不同帧不同CTB行的并行编码，在CU层面利用并行帧内预测算法实现不同深度下CU并行编码，达到了整体视频编码性能的有效提升。论文对高清视频和超高清视频进行了实验和分析。其中，CTB行级并行算法在保证PSNR和码率的前提下，并行加速比最高达到了6

8、.2；并行帧内预测算法最高可以节省74%的帧内预测时间，显著地提高了预测编码速度；多粒度融合的HEVC并行编码突破了CTB行级并行算法的性能瓶颈，最大并行加速比达到了6.3。实验结果表明，本文提出的并行算法在不影响视频图像质量的前提下，减少了计算复杂度，加快了编码速度，显著地提升了并行加速比。论文最后对全文工作进行了总结，并对后续研究方向进行了展望。关键词：HEVC编码，多核处理平台，并行处理，CTB，帧内预测，多粒度融合IAbstractHEVCisthenewinternationalstandardforhighandultra-h