【摘要】：隨著視頻應(yīng)用的快速發(fā)展,視頻壓縮技術(shù)越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注,它在視頻存儲(chǔ)、視頻傳輸、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)視頻等領(lǐng)域具有重要意義。視頻壓縮可以有效減少視頻序列中重復(fù)的數(shù)據(jù)信息,有利于降低存儲(chǔ)和傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)量。幀間預(yù)測(cè)技術(shù)可用于尋找相鄰幀之間的相同數(shù)據(jù),其中運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法是幀間預(yù)測(cè)技術(shù)與視頻壓縮技術(shù)中的核心算法之一。運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法是指為當(dāng)前幀中的當(dāng)前塊在參考幀中尋找其參考?jí)K的過(guò)程。在該過(guò)程中,需要對(duì)當(dāng)前塊進(jìn)行大量的塊匹配,所以塊匹配的過(guò)程占整個(gè)算法大部分的時(shí)間。在GPU平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法可以有效加快算法的運(yùn)行速度,降低算法的運(yùn)行時(shí)間。目前已有部分研究工作基于GPU的片上存儲(chǔ)器采用數(shù)據(jù)重用的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行加速。針對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析,其中存在的問(wèn)題總結(jié)如下:(1)當(dāng)前基于GPU的運(yùn)動(dòng)估計(jì)數(shù)據(jù)重用方法主要是在GPU的共享內(nèi)存上進(jìn)行相鄰搜索窗之間的數(shù)據(jù)重用。一方面,現(xiàn)有的研究工作沒有考慮其它的數(shù)據(jù)重用方法,當(dāng)相鄰搜索窗之間的可重用數(shù)據(jù)大于GPU共享內(nèi)存時(shí),無(wú)法采用該重用方法。另一方面,沒有考慮利用GPU的其它存儲(chǔ)器(例如寄存器)進(jìn)行數(shù)據(jù)重用。(2)在基于GPU的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的數(shù)據(jù)重用研究中,沒有充分考慮將GPU的多層次存儲(chǔ)架構(gòu)與多種數(shù)據(jù)重用方法相結(jié)合,從而不能充分地利用GPU的片上存儲(chǔ)資源進(jìn)行最大限度的數(shù)據(jù)重用,也就不能更好的對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行加速。針對(duì)以上不足,本文展開深入研究,主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)提出基于GPU多類型片上存儲(chǔ)器的全搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)數(shù)據(jù)重用方法。將多種數(shù)據(jù)重用方法與GPU的多類型片上存儲(chǔ)器相結(jié)合,一方面可用于選擇適合片上存儲(chǔ)大小的最快數(shù)據(jù)重用方法,另一方面可用于選擇適合某種數(shù)據(jù)重用方法的最佳片上存儲(chǔ)器�；贕PU的三種片上存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)了四種數(shù)據(jù)重用方法,通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)它們進(jìn)行了比較分析。(2)針對(duì)GPU存儲(chǔ)架構(gòu)的特點(diǎn),提出了基于GPU多層次存儲(chǔ)架構(gòu)的數(shù)據(jù)重用方法。對(duì)GPU中不同層次的存儲(chǔ)器分別采用不同的數(shù)據(jù)重用方式,例如將在寄存器中采用參考?jí)K之間的數(shù)據(jù)重用與在共享內(nèi)存中采用參考?jí)K條帶之間的數(shù)據(jù)重用相結(jié)合。該方法充分利用了GPU片上存儲(chǔ)資源,提高了算法運(yùn)行速度。本文描述了三種不同的結(jié)合方式,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)它們進(jìn)行了比較分析。
【圖文】：

參考?jí)K之間的數(shù)據(jù)重用實(shí)驗(yàn)結(jié)果（4*4）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3.8 所示。圖 3.8 參考?jí)K之間的數(shù)據(jù)重用實(shí)驗(yàn)結(jié)果（8*8）最后在實(shí)驗(yàn)中將參考?jí)K的大小設(shè)置為16*16，將當(dāng)前塊數(shù)據(jù)存放在寄存器中，并將參考?jí)K數(shù)據(jù)分別存放到共享內(nèi)存和寄存器中。在 GPU 平臺(tái)上對(duì)參考?jí)K之間的數(shù)據(jù)重用優(yōu)化方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 3-3 所示。表 3-3 參考?jí)K之間的數(shù)據(jù)重用（16*16）視頻序列 幀大小無(wú)數(shù)據(jù)重用（ms）參考?jí)K之間的數(shù)據(jù)重用（共享內(nèi)存）（ms）參考?jí)K之間的數(shù)據(jù)重用（寄存器）（ms）foreman 144x176 28.31 28.29 35.52foreman 288x352 126.35 125.53 154.02BasketballPass 416x240 123.90 122.91 152.13Johnny 1280x720 1226.95 1215.11 1504.11從表 3-3 中可以看出，將參考?jí)K數(shù)據(jù)存放到共享內(nèi)存時(shí)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，算法運(yùn)行時(shí)間比未使用數(shù)據(jù)重用（高速緩存自動(dòng)進(jìn)行重用）時(shí)算法運(yùn)行時(shí)間減少。將參考?jí)K數(shù)據(jù)存放到寄存器時(shí)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，算法運(yùn)行時(shí)間比前兩者都要多。其原因在于 16*16 的塊占用的存儲(chǔ)空間大于寄存器的存儲(chǔ)空間，從而導(dǎo)致塊數(shù)據(jù)沒有存放到寄存器中，而是存儲(chǔ)到了本地內(nèi)存中，所以算法的運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)了。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將參考?jí)K的大小設(shè)置為 4*4 和 8*8 時(shí)，將參考?jí)K數(shù)據(jù)存
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41

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本文編號(hào)：2592804