HEVC解碼器在異構計算平臺上的設計及節(jié)能算法研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡視頻業(yè)務的飛速發(fā)展，視頻流量在互聯(lián)網(wǎng)中逐漸占據(jù)主導地位。一項名為思科可視化網(wǎng)絡指數(shù)的計劃中指出:到2020年，每秒將會有100萬分鐘的視頻內(nèi)容流經(jīng)網(wǎng)絡，全球IP視頻流量占所有IP流量（企業(yè)和消費者）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注與推崇。下一代視頻編碼標準High Efficiency Video Coding(HEVC/H.265)相比于現(xiàn)在廣泛采用的AVC/H.264視頻編碼標準，在達到相同

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

3、對HEVC編解碼的支持，如Intel、Apple、NVIDIA、AMD、華為等。然而，由于HEVC解碼器的計算復雜度較高，對于電池供電并且計算能力有限的嵌入式設備（移動手機、平板等），基于軟件實現(xiàn)HEVC的實時解碼仍然是一個重要的科研課題。
　　本文實現(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的異構多處理器片上系統(tǒng)(heterogeneous multiprocessorSystem-on-

4、Chip)。大量的實驗數(shù)據(jù)表明:GPU的并行架構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)說明的實驗過程及相關實驗結論，我們提出了CPU和GPU解碼下一幀的工作量預測算法?；陬A測得到的工作量，提出了運行于實驗平臺的userspace調(diào)控器下的面向具體應用的CPU和GPU協(xié)同DVFS策略。本文提出的DVFS策