论文部分内容阅读
随着视频分辨率和帧率的不断提高,访存已成为视频编解码应用的主要性能瓶颈。现有的视频编解码标准主要着力于提高编码效率和改进压缩性能,并未对访存给予更多的考虑。随着访存问题的日益突出,我们认为视频编解码有必要从源头开始考虑访存问题,从标准、算法和平台三个方面,全面地对视频编解码访存性能进行优化。本文从这三个方面出发分别提出了新颖的视频编解码访存带宽优化技术: 1.基于运动估计算法优化的视频编码访存带宽优化技术。在视频编码流程中,时间复杂度最高,访存带宽需求最大的模块是运动估计模块。整数搜索又被认为是运动估计中最重要的一步,因为它几乎决定了最终的参考位置。因此,很多编码器耗费50%以上的编码时间以及访存带宽在整数搜索上。然而,我们通过实验观察到,在很多情况下,整数搜索(即使使用全搜索算法)对视频序列编码效率的贡献非常小。基于上述观察,我们提出了无整数搜索运动估计算法。我们在大量的视频序列上验证了我们的技术,以1080p序列为例,去掉整数搜索仅平均增加比特率0.18%,平均降低峰值信噪比0.01dB每帧,而访存带宽需求平均降低了66.96%。 2.基于访存信息辅助流的视频解码访存带宽优化技术。大多数的解码器都采用了专用的片上缓存(cache)。但是,由于缺乏尚未解码宏块的访存信息,现有的片上缓存技术无法充分利用片上存储容量,造成片外访存带宽的浪费。本文提出了一种访存信息辅助流的方法实现片上缓存的充分利用。具体来说,视频解码器的访存行为是在编码时已经决定了的,编码器可以将预知的解码器访存行为信息打包成辅助流,解码器可以利用辅助流中的信息来判断一个数据块是否会被之后的宏块重用。我们在大量典型序列上测试了这一技术,实验结果表明,利用额外的先验信息可以降低运动补偿部分35%的片外访存带宽(60Kbytes的缓存),仅增加比特率2.3%。 3.基于全局拥塞检测的并行编码访存延时优化技术。随着视频分辨率和帧率的不断提高,单个编码器常常无法满足应用对编码实时性的需求。因此,并行编码成为了学术界和工业界的研究热点。在并行编码中,片上网络的延时和吞吐率会对并行编码的非本地访存(私有缓存未命中)带来较大影响。因此,如何降低并行编码系统的片上通讯延时以及提高片上网络吞吐率,是研究并行编码访存优化所需解决的关键问题之一。针对上述问题,我们提出了基于全局拥塞检测的并行编码访存延时优化技术。我们在一些随机通讯流和并行编码程序x264上测试了我们的技术。在随机通讯流上,和最先进的DBAR路由算法相比,我们的技术平均提高16×16网络的吞吐率6.43%并降低功耗7.53%。在x264并行程序上,和DBAR相比,我们的技术平均降低了非本地访存延时11.19%。