含GPU環(huán)境高清視頻圖像處理算法研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展以及多媒體技術的逐步成熟，多媒體技術已經(jīng)廣泛應用于社會的各個領域。高清視頻圖像信息量巨大，其應用對現(xiàn)有視頻圖像處理、存儲、以及網(wǎng)絡傳輸提出了新的要求。為了提高高清視頻圖像的處理效率，降低延時，新的運算體系結構和高性能計算方法層出不窮。在現(xiàn)有計算機系統(tǒng)體系結構中，發(fā)展趨勢之一是多核CPU系統(tǒng)結構；另一個發(fā)展趨勢是包含有圖像處理器的異構多核結構（CPU+GPU）。研究了在后者結構環(huán)境里，從理論上如何提高高清視頻圖像處理中轉

2、碼、編碼的并行性，提出了相應的并行性算法，給出詳細的測試數(shù)據(jù)和對比結果。主要研究和創(chuàng)新工作如下：
　　 ⑴分別對HARR和5/3小波變換，提出了基于異構多核平臺下并行整數(shù)小波變換方法。依據(jù)HARR小波變換的原理，以四個相鄰位置的像素為單位做并行計算。根據(jù)5/3整數(shù)小波變換原理，以行為單位對其做并行計算。與CPU結構整數(shù)小波變換計算時間相比較，在GPU多核結構平臺下采用5/3小波處理高清圖像的計算時間減少了90％左右。
　　

3、 ⑵提出了一種MPEG-2/H.264幀內(nèi)并行快速轉碼算法PFIT，算法包含三個并行計算環(huán)節(jié)：以解碼過程中的DCT因子為研究對象，并行統(tǒng)計圖像各個宏塊的平滑性，預判H.264幀內(nèi)編碼的宏塊模式選擇；對DCT信息做并行IDCT計算，使其解碼到像素域；在像素域對圖像做SOBEL邊緣檢測，并行統(tǒng)計和分析了4×4，8×8和16×16內(nèi)的方向性，最終確定H.264幀內(nèi)編碼預測模式。通過OpenMP在雙GPU平臺上對前兩個步驟同時并行計算。實驗結

4、果表明，在犧牲較小PSNR條件下，PFIT算法降低幀內(nèi)轉碼的時間復雜度，與標準級聯(lián)算法運算時間相比較減少了50％左右。
　　 ⑶提出了一種MPEG-2/H.264幀間并行快速轉碼算法PFPT，算法包含三個并行環(huán)節(jié)：通過對MPEG-2幀間解碼信息再利用，并行預判宏塊運動強度，進一步預判Intra模式選擇或Inter模式分割，將MPEG-2宏塊的1/2精度運動矢量指定為H.264幀間宏塊編碼的預測運動矢量PMV，根據(jù)PMV變化動態(tài)調

5、整H.264運動估計的搜索窗口；并行計算H.264七種分割模式的預測差SAD（Sum of Absolute Difference）；對幀間編碼并行計算運動估計。通過OpenMP在雙GPU平臺上對前兩個步驟同時并行計算。實驗表明與標準級聯(lián)轉碼算法運算時間相比較減少了90％左右。
　　 ⑷在2，3的算法基礎上，提出了一種MPEG-2/H.264分辨率并行快速轉碼算法PFRT。首先，分析幀內(nèi)分辨率轉碼算法，利用鄰近四個宏塊預判模式，

6、預估重構宏塊的模式選擇，預測模式選擇仍然采用3中SOBLE邊緣檢測來進行預判。其次，分析幀間分辨率轉碼算法，利用鄰近四個宏塊的解碼信息分析各個宏塊的運動復雜度，對重構宏塊做模式分割選擇以及預測運動矢量的估計。實驗表明，在與標準級聯(lián)算法在時間復雜度上比較中，幀內(nèi)分辨率轉碼算法計算時間減少了50％，幀間分辨率轉碼算法計算時間減少了90％。
　　 ⑸在以上算法的基礎上，提出了含雙GPU環(huán)境下高清視頻圖像處理的框架結構，提出了基于上述框