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基于流处理器的高清网络摄像机视频编码的设计和实现

作　者: 徐振华
导　师: 蒋刚毅
学　校: 宁波大学
专　业: 电路与系统
关键词: 流处理器 流程序优化 视频编码 码率控制 指数哥伦布编码
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 72次
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内容摘要


随着计算机技术,网络技术,通信技术和视频压缩技术的日趋成熟,视频监控技术已经处于数字化和网络化发展时期。高清网络摄像机的研究己经成为当今视频监控技术研究的热门之一,而其关键技术是如何实现采集的视频数据高效率高质量的编码传输。如何对视频数据进行高清实时编码对处理器提出了很高的要求。流体系结构采用大规模的运算阵列和多级存储,通过片内并行并结合面向媒体特征的指令,从体系结构角度实现对应用的高性能支持。美国斯坦福大学的W.J.Dally教授等推出的世界上第一款商用的流处理器Storm在媒体和信号处理等领域取得非常优越的性能。本文在研究Storm流处理器体系结构和AVS(Audie Video Coding Standard)视频编码标准的基础上,将AVS编码算法,利用流处理的思想和编程模型,基于Storm的体系架构,映射在Storm流处理器上,并对实验结果作以详细分析。主要工作有:首先,详细研究了AVS标准,提出了基于AVS的适应于场景频繁切换的码率控制新方法。实验表明该方法能对场景频繁切换有很强的适应性,能很好地根据场景的复杂程度分配不同的比特数,使得图像质量更加平缓,特别对场景切换频繁的视频序列比JVT-G012有更好的编码效果,能得到相对平稳的图像质量。其次,详细研究了流处理器的体系结构和流处理器编程模型,提出了基于流处理器的体系结构的AVS高清编码架构设计,利用流处理的思想,对AVS编码进行流化实现。实验表明,AVS视频编码能很好地应用在流处理器上,对于高清720P(1280X720)图像格式的编码能够达到34fps,达到了高清实时编码的要求。最后,本文详细分析了评价流程序性能的因素,研究了流处理器的编程优化技术。对于流程序设计,流的组织和Kernel的划分是关键和重点,并且直接影响到其它优化的性能。双缓存技术能有效地隐藏DMA的数据延迟,提高任务级并行,大大提高程序的整体性能。鉴于Storm流处理器DPU的强大处理能力,尽可能的提高DPU的效率是流程序设计和优化的重点。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 绪论  10-16
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 论文主要工作及创新点  13-14
  1.4 论文组织结构  14-16
2 AVS 视频编码标准  16-25
  2.1 AVS 标准的结构  16-17
  2.2 AVS 标准的关键技术  17-22
    2.2.1 帧内预测  17-18
    2.2.2 帧间预测  18-19
    2.2.3 亚像素插值  19-20
    2.2.4 环路滤波  20
    2.2.5 变换量化  20-21
    2.2.6 熵编码技术  21-22
  2.3 AVS 与视频监控  22-23
  2.4 本章小结  23-25
3 Storm 流处理器  25-34
  3.1 流应用和流处理  25-26
  3.2 流处理器的体系结构  26-29
  3.3 流处理器编程模型  29-32
  3.4 SPI 开发环境  32-33
  3.5 本章小结  33-34
4 AVS 码率控制算法研究  34-45
  4.1 码率控制原理  34
  4.2 JVT-G012 码率控制算法及其存在的问题  34-35
  4.3 基于场景切换的码率控制方法  35-43
    4.3.1 率失真模型  35-36
    4.3.2 GOP 层码率调整  36-37
    4.3.3 基于PSNR 的场景切换检测算法  37-39
    4.3.4 基于MAD 的帧层调整  39
    4.3.5 缓冲区调整  39-42
    4.3.6 实验结果和分析  42-43
  4.4 本章小结  43-45
5 流处理器的编码核算法设计  45-64
  5.1 编码核整体设计  45-51
  5.2 变长编码模块设计  51-56
    5.2.1 Z 字型扫描  51-52
    5.2.2 流的组织和索引的建立  52-54
    5.2.3 指数哥伦布编码的流化设计  54-56
  5.3 编码核性能测试和分析  56-62
    5.3.1 整体性能  56-57
    5.3.2 各模块性能比较  57-62
    5.3.3 相关讨论和分析  62
  5.4 本章小结  62-64
6 流处理器的编程优化  64-77
  6.1 流程序评价指标  64-66
  6.2 流的组织优化  66-72
  6.3 双缓存优化  72-76
  6.4 本章小结  76-77
7 结论与展望  77-79
  7.1 本论文工作总结  77-78
  7.2 未来工作展望  78-79
参考文献  79-83
在学研究成果  83-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 图像通信、多媒体通信 > 图像编码
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