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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

徐振华  
【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。


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