H264快速运动估计算法及其在CUDA上的实现

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1、2008指导教师(姓名、职称)：至睦噩：麴攮ISOnEC和ITU-T联合制定的新一代视频压缩标准H．264可以获得很高的编码效率，但却大大增加了编码复杂度，对视频编码的实时性带来了很大的挑战。在高实时应用系统中，必须对该标准进行相应的改进。改进的方法可以从两个方面考虑，一方面通过对编码算法的改进，降低编码时间，提高编码速度，另一方面采用相关协处理设备与CPU协同编码，从而提高系统实时性。运动估计是H．264编码标准的核心技术之一，编码时间占很大比例。本文总结了几种经典的运动估计算法，并在此基础上了提出了一种高效的快速运动估计算法⋯．改进的UMHEX算法。该算法采用了提前终止阈值

2、，改进的搜索模板和基于混合模板的搜索技术。通过实验表明，改进的算法与全搜索算法和UMHEX算法相比，在保持信噪比和码率几乎不变的情况下，编码时间明显降低了。图形处理器GPU具有强大的浮点计算能力和并行处理能力，能够很好地协同CPU完成视频编解码。在解码器中，将去方块滤波放入GPU中进行并行计算，其余部分仍在CPU中计算，从而提出了CPU+GPU的并行解码器结构。本文充分利用了GPU的并行计算能力，使得去方块滤波的计算时间大大缩短。实验表明，这种并行架构与传统的算法相比，能够有效地进行编码加速。不管是对算法本身的改进或是通过协处理器进行并行处理，都能够有效地提高编码速度，改进系统

3、的实时性，从而使得H．264视频编码标准能够很好地应用到实际场合中。关键字：H．264；运动估计：混合模板；图形处理器GPU；并行处理SPECIALIZATION：．CommunicationandInformationSy—stem．POSTGRADUATE：．YangXiaoqinH．264isanewgeneratedstandardofvideocompressionwhichformulatedbytwoimportantinternationalstandardorganizations，ISO／IECandITU-T．InH．264，thecodingeffici

4、encyisenhancedbyawidemargin．However,thecomputationalcomplexityisincreasedefficiently．It’Sabigchallengeforreal-timevideoencoding．ThestandardCanbeimprovedfromtwoaspects．Ontheonehand，theencodingspeedcouldbeincreasedbyimprovingthecodingalgorithm，ontheotherhand，weuseco-processingequipmenttoworkwi

5、thCPUtogether．MotionestimationisoneofthecoretechniquesofH．264videocoding．Ittakesalargeproportionofcodingtime．Thispaperhasstudiedseveralclassicmotionestimationalgorithmwithdetaileddescriptionandanalysis．Then，animprovedUMHEXfastmotionestimationalgorithmisproposed．Inthealgorithm，aseriesoftechni

6、quesareadopted，suchasearlytermination，improvedsearchtemplateandmixedsearchtemplate．TheresultshowsthatcomparedwithFullSearchalgorithmandUMHEXalgorithm，theimprovedalgorithmcanenhancetheprocessingspeedwhilePSNRisslightlydegradedandtheincreasingbitrateisnegligible．Takingtheadvantageofpowerfulflo

7、ating-pointcomputationandparallelabilityofGPU，wecanuseGPUtodovideoencodingwithCPUtogether．Invideodecoding，thedeblockingfiltermoduleisshiftedtoGPUtoaccelerate．AparallelencodingarchitectureCPU+GPUisproposed．Thedeblockingfiltertimeisreducedgreatlybyfu