并行计算在视频压缩中的应用研究与实现

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H.264/AVC是当前最新的视频编码标准,由ITU-T视频编码专家组和ISO/IEC运动图像专家组共同制定。该标准因具有很高的压缩性能和网络亲和性而得到广泛应用,然而这些优点都是以引入高计算复杂度为代价的。随着多核硬件平台的发展,如何通过发挥多核并行处理的能力来提高视频压缩效率成为当前研究的热点。文章在论述了H.264/AVC视频编码关键技术和并行编码的研究现状后,详细分析了视频压缩中潜在的可并行性处理部分,分别在3个不同方面研究并实现了并行计算在视频压缩中的应用。依据H.264/AVC标准中条带之间相互独立、互不参考的编码特点,本文提出了基于条带级数据块的并行算法。根据统计条带分割数目与码率的关系及硬件平台特点,将每帧图像分为3条带进行编码。在克服了算法中存在的数据竞争等问题后,使用3个线程并行编码3个条带,在视频质量和压缩率下降不大的情况下,改善了视频压缩的效率,使整体编码速度得到了提高。尽管条带级并行能较大提高整体编码速度,但在一定程度上会造成视频质量和压缩率下降的问题,在分析了占编码时间较大比例的帧间预测模块之后,针对其存在的潜在并行能力进行论述,提出了帧间预测并行的计算方法。由于宏块分割的3种模式、亚宏块分割的4种模式计算过程相同,分别针对宏块分割和亚宏块分割进行并行计算,在视频质量和压缩率基本不变的情况下,减少了帧间预测模块的运行时间。经过对H.264/AVC编码器的分析可知,运动估计是视频压缩编码中的核心技术,也是时间开销较大的模块之一,如何通过提高运动估计速度来改善整体编码效率是当前研究的热点问题。针对上述两种并行方法不具有可移植性和影响视频质量及压缩率的情况,文章针对H.264/AVC标准推荐的最新运动估计核心算法UMHexagonS,提出了并行化计算方法,实验表明在保证了视频质量和压缩率不会发生变化的前提下,使用4线程并行计算运动估计,可以较大幅度减少了运动估计的计算时间。
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