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面向hevc编码的高能效混合片上存储管理策略的研究

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面向HEVC编码的高能效混合片上存储管理策略的研究

作者：宋昌山东大学

学位级别：硕士

新一代视频编码标准hevc（H.265）是专门针对高清甚至超高清视频提出的编码标准,相比于现在广泛采用的H.264/AVC视频编码标准,在相同的视频质量下hevc能够提高一倍的压缩比。这主要是由于在hevc视频编码标准中添加了许多新的压缩技术提... 详细信息

新一代视频编码标准hevc（H.265）是专门针对高清甚至超高清视频提出的编码标准,相比于现在广泛采用的H.264/AVC视频编码标准,在相同的视频质量下hevc能够提高一倍的压缩比。这主要是由于在hevc视频编码标准中添加了许多新的压缩技术提高了编码性能,如可变大小的编码单元,多层次环路滤波以及独立并行编码单元Tile。然而,这些新的压缩技术在带来了高的压缩比的同时也带来了巨大的计算与访存复杂度。研究表明,hevc的访存复杂度是H.264的两倍以上,访存压力的增加带来了巨大的访存能耗,严重限制了hevc的应用与发展。因此,面向存储子系统的优化成为突进hevc在资源与能源有限的嵌入式系统中发展的重要研究途径与方法。本文提出了一种面向hevc视频编码的基于多核处理器平台的高能效混合片上SPM-Cache视频存储架构以及管理算法。一个运行时的访存压力预测算法被提出,用于预测在编码下一编码树单元（CTU）的过程中对相应搜索窗口各像素区域的访存压力。将预测结果中访问频率高的像素区域依据处理器核内与核间的数据复用加载到片上私有或共享SPM空间中,保证编码过程中绝大多数访存操作落在低功耗高速度的片上缓存空间上。对于其余像素区域利用小容量的片上硬件控制的Cache进行访问。此外,本文提出了一个混合视频存储架构管理单元（HVMMU）,主要负责访问片上SPM空间的数据时进行虚拟地址到SPM物理地址的转换;以及利用为每一个像素区域提供的硬件逻辑记录相应像素区域的访存历史信息,该访存信息作为访存压力预测算法的输入数据。为了进一步降低片上缓存空间的静态能耗,提出了一个自适应的片上SPM功率状态管理算法。根据SPM空间区域在下一访存阶段的被访问的概率大小,给相应的SPM空间分配合适的低功率状态,降低片上缓存静态功耗。本文最后在hevc官方测试软件HM14.0上实现了访存压力预测算法以及功率状态管理算法,并且通过修改可支持全系统的体系结构模拟器gem5实现本文提出的混合视频存储架构以及功率状态控制模块。最后通过编码各种视频序列对本文提出的存储架构以及管理算法在性能能耗方面进行评估。与当前最新的研究成果相比,本文提出的面向hevc的高能效视频存储架构以及管理算法能够在编码性能不受太大影响的情况下,利用相对更小的片上缓存空间提供更低的编码能耗。实验结果显示,本文提出的视频存储架构以及管理策略能够最大提供76.23%的片上静态能耗减少,以及最大33.31%的存储总能耗减少。

关键词：片上视频存储架构存储架构管理 hevc编码便笺式存储器

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hevc编码预测单元多参考帧选择算法研究

现代商贸工业 2015年第21期36卷 226-226页

作者：吴华吕慧东台市经济和信息化委员会江苏东台224200 东台市安丰船闸管理所江苏东台224200

目前,已经存在一些针对hevc多参考帧选择的快速算法,比如,曾有人提出了一种针对多参考帧搜索的通用算法,也有人提出了一种基于图像特性分析的低复杂度多参考帧选择算法,该算法优先选择离当前帧距离较近的参考帧,还有人提出了一种基于云... 详细信息

目前,已经存在一些针对hevc多参考帧选择的快速算法,比如,曾有人提出了一种针对多参考帧搜索的通用算法,也有人提出了一种基于图像特性分析的低复杂度多参考帧选择算法,该算法优先选择离当前帧距离较近的参考帧,还有人提出了一种基于云端计算的多参考帧选择算法。这些算法只是利用了图像的内容特性,忽视了hevc编码器中不同深度PU之间最佳参考帧的相关性以及同一深度不同划分方式下最佳参考帧之间的相关性。如能利用上述相关性,多参考帧选择的效率还可以进一步提升。

关键词： hevc编码预测单元算法

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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基于Tilera多核处理器的HEVC视频编码并行算法的研究与实现

作者：束骏南京邮电大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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)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|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,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6.2;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

基于梯度结构相似度的hevc帧间编码单元快速划分算法

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电脑编程技巧与维护 2022年第3期 13-15页

作者：敬文慧刘雪峰章鹏梅高杰王立忠西昌卫星发射中心四川西昌615000

通过提出和实验验证了hevc帧间编码单元快速划分算法的性能与效果。实验结果表明,在码率增加较少和图像质量基本不变的情况下,提出的算法将hevc帧间预测编码时间平均减少了39.11%。

关键词：梯度 SSIM算法 Canny算子 hevc编码快速分割

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基于场景切换的hevc码率控制算法

电视技术 2015年第5期39卷 1-3,25页

作者：胡乾乾沈礼权赵振军上海大学通信与信息工程学院上海200072 新型显示技术及应用集成教育部重点实验室上海200072

hevc(High Efficiency Video Coding)采用的基于R-λ模型的码率控制算法在控制输出码率的精确和提高编码效率上都取得了良好的效果。然而该算法没有考虑到实际视频编码中场景切换的影响。提出一种新的针对场景切换的码率控制算法。结合... 详细信息

hevc(High Efficiency Video Coding)采用的基于R-λ模型的码率控制算法在控制输出码率的精确和提高编码效率上都取得了良好的效果。然而该算法没有考虑到实际视频编码中场景切换的影响。提出一种新的针对场景切换的码率控制算法。结合帧间的亮度差及其变换趋势判断是否发生场景切换,在场景切换发生时对码率控制的参数以及编码结构都做出及时调整。实验表明,与hevc自带的码率控制相比,所提出的码率控制算法能够有效应对视频序列中的场景切换,提高了编码质量,降低了编码复杂度,并且保持精确的输出码率。

关键词：码率控制场景切换 hevc编码

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一种场景切换下的hevc码率控制算法

电视技术 2017年第6期41卷 1-5页

作者：刘辉刘立程郝禄国廖俊东广东工业大学信息工程学院广东广州510006

针对hevc(High Efficiency Video Coding)编码器对图像组(Group of Picture,GOP)层采用平均分配的方式,在场景切换背景下,容易导致场景切换帧以及后续视频图像质量严重下降的问题,本文提出一种基于场景切换的码率控制算法:根据场景的复... 详细信息

针对hevc(High Efficiency Video Coding)编码器对图像组(Group of Picture,GOP)层采用平均分配的方式,在场景切换背景下,容易导致场景切换帧以及后续视频图像质量严重下降的问题,本文提出一种基于场景切换的码率控制算法:根据场景的复杂度,重新分配GOP层目标比特,并且当检测到场景切换时,对模型参数,当前帧以及参考帧等做出适当调整。实验结果表明:相比hevc自带的码率控制算法,该策略能有效降低场景切换带来的负面影响,使序列的平均峰值信噪比(PSNR)最高提升1.4 d B,并保持精确的输出码率。

关键词：比特分配场景切换复杂度 hevc编码 R—λ模型

甘肃12316远程视频诊断系统的设计与实现

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甘肃12316远程视频诊断系统的设计与实现

作者：张宝云兰州理工大学

学位级别：硕士

随着信息技术的飞速发展,信息化已经逐渐渗透到社会各行各业。在“互联网+农业”的大背景下,为更好地服务三农,促进农业增效、农民增收、农村发展,远程视频诊断系统应运而生。它可使农民和专家远距离实时面对面交流互动,专家通过电脑或... 详细信息

随着信息技术的飞速发展,信息化已经逐渐渗透到社会各行各业。在“互联网+农业”的大背景下,为更好地服务三农,促进农业增效、农民增收、农村发展,远程视频诊断系统应运而生。它可使农民和专家远距离实时面对面交流互动,专家通过电脑或手机客户端登录系统,清晰查看带病实物的具体表现症状,有效解决因方言沟通不畅、语言描述不清带来的问题,为农业生产、加工、销售及相关管理和服务提供有效的数据支持,可有效提高农业综合生产力和经营管理效率。所以,本课题所研究的远程视频诊断系统具有实际的社会意义。本文结合甘肃省12316三农服务热线实际工作需要,介绍了视频服务系统的发展历史与当前国内外研究现状,对主要技术进行了深入研究分析,针对远程视频诊断系统制定最佳解决方案,并通过编程实现。论文具体工作列述如下:首先,为满足用户对高清视频的需求,解决高清视频带来的网络传输压力问题,本课题对比研究了目前几种主流视频压缩标准,包括国际电信联合会的H.261、H.263、H.264等标准,在进行编解码计算复杂度、编码压缩效率比较分析后,选择采用hevc(High Efficiency Video Coding)标准对视频进行压缩,然后对hevc编码标准的混合编码结构、编码单元划分、率失真优化算法、帧内预测等技术进行了研究,最后将hevc实现代码嵌入至系统内部。其次,分析比较了不同网络传输协议的优缺点,本系统采用应用层组播,SIP(Session Initiation Protocol)与RTP(Real Time Protocol)结合的方式完成多媒体数据的传输任务,并针对IP网络带宽不足、时变、尽最大努力交付的特点,为了保证多媒体数据传输的QoS(Quality of Service),研究并采用了一种自适应的码流控制技术。接着,通过对专家、农民群众实际需求的充分调研后,设计出诊断室、会议室、培训室,开发了系统注册、系统登录、口令修改、上传信息、诊断记录查询、视频诊断、远程视频会议、远程培训等用户界面友好、操作简单的功能模块。最后,对系统部署和安全性做了详细分析,并总结全文,讨论了下一步需要做的工作与研究任务。

关键词：远程视频系统 hevc编码应用层组播自适应码流控制技术

hevc的模式判决转码算法研究及滤波模块的并行实现

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HEVC的模式判决转码算法研究及滤波模块的并行实现

作者：郑飞扬上海交通大学

学位级别：硕士

hevc是最新一代的视频编码标准,相比前一代标准H.264能节省50%的码率,因此正在成为业界视频压缩的主流标准。hevc超高清并行编码是当前的研究热点之一。此外,目前有大量的H.264编码格式的内容需要转换为hevc格式,H.264转码hevc快速算法... 详细信息

hevc是最新一代的视频编码标准,相比前一代标准H.264能节省50%的码率,因此正在成为业界视频压缩的主流标准。hevc超高清并行编码是当前的研究热点之一。此外,目前有大量的H.264编码格式的内容需要转换为hevc格式,H.264转码hevc快速算法也具有很高的实际应用价值。本文工作主要包括以下两个方面:第一是hevc编码器去块滤波并行设计与实现,第二是H.264转码hevc模式判决算法研究。去块滤波能有效减少编码器的块效应,对编码性能的提升显著。本文通过对去块滤波先后依赖性的分析,对去块滤波进行数据分解,提出了一种可行的去块滤波CTU级并行方案,并对去块滤波数据存储进行设计,在众核处理器上以较低复杂度设计实现了去块滤波模块。转码算法方面,本文首先提出了一种基于残差同质性的模式判决转码算法。不仅利用零残差(zero SAR)和残差同质性(RHI)协助判决编码单元(CU)提前终止分割,还利用RHI对CU进行具体分类,提出快速预测单元(PU)模式判决算法。本算法以平均码率上升2.3%的代价,比全解全编的转码节省56%的运算时间。之后本文又提出了一种基于预测同质性的模式判决转码算法。不仅引入运动同质性提高快速PU模式判决的准确性,还采用了2Nx2N模式的编码块标志CBF系数作为新的指标,进行CU提前终止分割判决。此转码算法以平均码率上升2.08%的代价,比全解全编的转码可以节省50%的转码时间。

关键词： hevc编码去块滤波 hevc转码模式判决同质性

基于众核平台的多路超高清实时编码系统设计和实现

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基于众核平台的多路超高清实时编码系统设计和实现

作者：姚佳上海交通大学

学位级别：硕士

随着视频业务的普及和终端智能设备的不断发展,人们对于视频服务的画质质量和分辨率的要求不断提高,这对视频编码的压缩率和处理性能提出了更高的要求。作为新一代的视频压缩标准,hevc在相同主观质量下比目前主流H.264的压缩率提高了一... 详细信息

随着视频业务的普及和终端智能设备的不断发展,人们对于视频服务的画质质量和分辨率的要求不断提高,这对视频编码的压缩率和处理性能提出了更高的要求。作为新一代的视频压缩标准,hevc在相同主观质量下比目前主流H.264的压缩率提高了一倍,具有广阔的应用前景。但hevc的运算复杂度更高,基于传统的单核处理器很难实现超高清实时hevc编码器。近年来,众核处理器的发展成熟,其强大的并行运算能力为超高清hevc编码器提供了一个很好的实现平台。本文基于多片众核处理器平台实现了一套多路超高清hevc实时编码系统,包括从多路视频源的输入采集、压缩编码、码流复用输出到解码端的实时呈现输出的全链路。针对多路视频以及超高清hevc视频编码所引入的码率波动性和突发性,本文提出了有效的闭环码率控制并结合场景切换检测,实现对编码器输出码率的精确控制。为了降低系统端到端延时,本文设计了系统链路中各个缓冲器的缓存控制机制,实现系统的稳定和恒定延时。针对实时系统中的时钟不同步问题,本文在利用MPEG2-TS的PCR进行时钟同步的基础上,设计了用于同步视频源,编码器以及解码器三者本地时钟的时钟同步机制。最后本文成功搭建了一套多路超高清实时系统,并给出了各种场景下的指标测试结果。本文采用的众核平台最多可支持四路hevc超高清视频准实时编码以及相应的视频采集和发送工作。

关键词：多路视频 hevc编码实时系统端到端延时时钟同步