多媒体应用的软件并行化及低功耗优化方法的研究与实现

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1、多媒体应用的软件并行化及低功耗优化方法的研究与实现重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：林晓浩指导教师：诸葛晴凤教授专业：计算机软件与理论学科门类：工学重庆大学计算机学院二O一六年四月ResearchandImplementionofSoftwareParallelizationandLowPowerConsumptionOptimizationforMultimediaApplicationsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmen

2、toftheRequirementforMaster’sDegreeofEngineeringByLinXiaohaoSupervisedbyProf.QingfengZhugeSpecialty：ComputerSoftewareandTheoryCollegeofComputerScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016中文摘要摘要近年来，随着多核技术的发展，处理器性能得到了巨大提升。多核系统已经广泛渗入到移动设备、嵌入式设备和PC等领域。然

3、而，很多公司普遍缺乏一种软件技术来充分利用多核平台的计算资源，软件设计和硬件资源的不协调造成系统性能的下降和资源的浪费。对多核平台串行程序的并行化研究具有重要价值，并得到学术界和工业界的广泛关注。针对多核处理器资源不能被充分利用的缺陷，本文首先对串行程序的并行化技术进行研究，以串行程序任务依赖为理论基础，设计出一套针对多媒体应用的并行化模板。然后，以JPEG静态图像编码标准为实例，开展基于JPEG编码算法的并行化研究。其次，结合本人实际做过的一个科研项目H.264视频解码标准的并行化设计为研究依据，对H.26

4、4解码算法为并行化方案加以深入的研究和分析。具体来说，本文主要开展如下工作：(1)多核时代计算机系统计算能力的快速提升，使得系统性能得到显著改善。然而，软件技术却没有跟上硬件技术的步伐。本文对多核处理器平台进行研究，设计针对多媒体应用的软件并行化模板。设计的串行程序并行化模板主要通过四个步骤实现软件的并行化编码设计，达到串行程序充分利用多核处理器资源的目的。(2)JPEG编码算法是目前业界最为流行的编码标准之一，基于JPEG编码算法的图像编码器在PC和移动设备中广泛使用。本文对JPEG静态图像编码标准进行研究

5、，设计出JPEG编码算法的并行化方案，提升JPEG编码算法的性能的同时实现对多核资源的充分利用。(3)H.264视频解码标准目前最流行的视频编解码标准之一，H.264以其高压缩率和高性能受到诸多视频编解码应用的青睐。本文对H.264视频解码标准进行深入研究和分析，设计出H.264视频解码算法的并行化方案，实现H.264视频解码算法在性能和能耗等方面的优化。最后，针对以上研究工作，论文基于真实测试实例对本文的两个并行化案例进行实验。具体的，采用并行化编程模型OpenMP实现串行代码的并行化实现，并引入DVFS技

6、术进一步降低系统能耗。实验结果证实上述技术能有效的提高系统的性能，使系统的速度提高30%以上，能耗降低至少25%。本文的研究工作对多核处理器上的软件并行化在移动设备、嵌入式设备、数据中心和服务器等领域的应用提供新的解决方案和思路。关键词：软件并行化、多核处理器、JPEG、H.264、OpenMP、DVFSI英文摘要ABSTRACTInrecentyears,withthedevelopmentofmulti-coretechnology,theperformanceofprocessorhasbeengrea

7、tlyproved.Andmulti-coresystemshavebeenwidelyappliedintomobiledevices,embeddeddevicesandPCfields.However,manycompanieslackofasoftwaretechnologytotakeadvantageofmulti-corecomputingresourcesingengerl.Theunbalancebetweensoftwaredesignandhardwareresourcesresults

8、inthedegrationofsystemperformanceandthewasteofresource.Theresearchofsoftwareparallelizationformulti-coresystemshasgreatvalue,andreceivesextensiveattentioninbothacademiaandindustry.Tosolvetheproblemthat