HEVC解碼器在異構(gòu)計(jì)算平臺上的設(shè)計(jì)及節(jié)能算法研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，視頻流量在互聯(lián)網(wǎng)中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。一項(xiàng)名為思科可視化網(wǎng)絡(luò)指數(shù)的計(jì)劃中指出:到2020年，每秒將會有100萬分鐘的視頻內(nèi)容流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，全球IP視頻流量占所有IP流量（企業(yè)和消費(fèi)者）的比例增加到82％。與此同時，高清和超高清視頻越來越受到人們的關(guān)注與推崇。下一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)High Efficiency Video Coding(HEVC/H.265)相比于現(xiàn)在廣泛采用的AVC/H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，在達(dá)到相同

2、視頻質(zhì)量要求的前提下，可以實(shí)現(xiàn)更高的壓縮比。這主要是由于在HEVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中新增了許多有助于提高編碼性能的壓縮技術(shù)，如可變大小的編碼樹單元、獨(dú)立并行編碼單元Tile以及多層次環(huán)路濾波等技術(shù)。然而，這些新技術(shù)在提高HEVC標(biāo)準(zhǔn)編碼效率的同時，也增加了視頻編解碼實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。跟據(jù)論文統(tǒng)計(jì)，在相同編碼質(zhì)量的前提下，HEVC標(biāo)準(zhǔn)編碼復(fù)雜度提高了5.2倍，相應(yīng)的解碼器復(fù)雜度提高了2.1倍。目前，一些頂端的消費(fèi)電子廠商通過ASIC硬件電路實(shí)現(xiàn)了

3、對HEVC編解碼的支持，如Intel、Apple、NVIDIA、AMD、華為等。然而，由于HEVC解碼器的計(jì)算復(fù)雜度較高，對于電池供電并且計(jì)算能力有限的嵌入式設(shè)備（移動手機(jī)、平板等），基于軟件實(shí)現(xiàn)HEVC的實(shí)時解碼仍然是一個重要的科研課題。
　　本文實(shí)現(xiàn)了HEVC官方測試軟件HM的解碼器并行化，并將其移植到低功耗的具有CPU和GPU的異構(gòu)多處理器片上系統(tǒng)(heterogeneous multiprocessorSystem-on-

4、Chip)。大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:GPU的并行架構(gòu)很好的隱藏了解碼器的訪存延時，相對縮小了視頻幀之間處理時間的差異。并且，處理各視頻幀的工作量和一個可以在解碼過程中方便獲取到的編碼參數(shù)呈現(xiàn)出一致的變化規(guī)律。根據(jù)本文后面章節(jié)說明的實(shí)驗(yàn)過程及相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，我們提出了CPU和GPU解碼下一幀的工作量預(yù)測算法?；陬A(yù)測得到的工作量，提出了運(yùn)行于實(shí)驗(yàn)平臺的userspace調(diào)控器下的面向具體應(yīng)用的CPU和GPU協(xié)同DVFS策略。本文提出的DVFS策