[發明專利]一種基于CUDA實現的幀內壓縮方法

有效

• 申請號: 201210013335.8
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102572436A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張崗山;顏善;趙林靖;李建東;吳宇紅;劉炯
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及信源編碼，是一種基于CUDA實現的幀內壓縮方法。

背景技術

目前，主流計算機中的處理器主要是中央處理器CPU和圖形處理器GPU。受游戲市場和軍事視景仿真需求的牽引，GPU性能提高速度很快。最近幾年中，GPU的性能每一年就可以翻倍，大大超過了CPU遵循摩爾定律(每18～24月性能翻倍)的發展速度。為了實現更逼真的圖形效果，GPU支持越來越復雜的運算，其可編程性和功能都大大擴展了。傳統上，GPU只負責圖形渲染，而大部分的處理都交給了CPU。但隨著CPU越來越難克服因提高時鐘頻率后的散熱問題，轉而運用增加運算核心的方法來進行加速。之前，GPU作為圖形渲染專用的處理器，具有高度的并行特性，GPU也從單一的圖形渲染設備轉化為作為通用計算的協處理器。

NVIDIA公司于2007年正式發布的CUDA(Compute?Unified?Device?Archi-tecture，計算統一設備架構)是第一種不需要借助圖形學API就可以使用類C語言進行通用計算的開發環境和軟件體系。與以往的傳統GPGPU開發方式相比，CUDA有十分顯著的改進。在性能、成本和開發時間上較傳統的CPU解決方案有顯著優勢，CUDA的推出在學術界和產業界引起了熱烈反響?，F在，CUDA已經在很多領域獲得了廣泛應用，并取得了豐碩的成果。紋理存儲器(Texture?memory)是一種只讀存儲器，有GPU用與紋理渲染的圖形專用單元發展而來，提供了地址映射、數據濾波、緩存等功能。

現有的幀內預測都很難執行大規模的并行計算，在H.264標準中，幀內預測是基于塊的思路，用以編碼重構的相鄰塊像素預測當前塊，采用代表空間域紋理方向的多種預測模式。這種預測方式利用了子塊像素間的相關性，當前塊預測是基于已編碼重構塊，造成在塊之間的編碼操作必須串行執行。這種幀內方法能有效逼近其真實值，圖像主觀質量也較好，但這種方法不能執行大規模的并行計算。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于CUDA并行實現的幀內壓縮方法。

本發明的基本思想是：像素值是對模擬視頻信號的空間采樣形成，離散像素值間具有連續性，這樣就可以對下采樣的低分辨圖像通過GPU紋理存儲器插值來逼近高分辨率圖像，部分消除幀內空間冗余，從而實現快速幀內壓縮。

本發明的技術方案如下：

基于CUDA實現的幀內壓縮方法，亮度信號的預測步驟：

(1)將當前幀的亮度信號從主機端內存拷貝到設備端的紋理存儲器T₀中；

(2)在設備端對亮度信號分別進行4倍和2倍下采樣，分別形成像素點數為亮度信號的1/16的1/4分辨率圖像、像素點數為亮度信號的1/4的1/2分辨率圖像；

(3)對1/4分辨率圖像進行無損的I_PCM編碼；

(4)將1/4分辨率圖像拷貝到紋理存儲器T₁中，并利用紋理存儲器的濾波功能對1/4分辨率圖像進行插值，形成1/2分辨率參考圖像；

(5)對1/2分辨率圖像與1/2分辨率參考圖像執行差運算，形成三個殘差平面，并對其進行編碼；

(6)解碼三個殘差平面，并用其形成1/2分辨率重構圖像；

(7)將1/2分辨率重構圖像拷貝到紋理存儲器T₂中，并利用其濾波功能對1/2分辨率重構圖像進行插值，形成原始分辨率參考圖像；

(8)對原始分辨率圖像與原始分辨率參考圖像執行差運算，形成三個殘差平面，并對其進行編碼；

(9)解碼三個殘差平面，并用其形成原始分辨率重構圖像；

色差信號的預測步驟與亮度信號相同。

其中，所述的無損的I_PCM編碼，是對像素值不經過變換、量化操作，直接無損編碼原始像素值。

其中，所述的插值為雙線性插值，插值結果是在每個參考像素的右方、下方、右下方會產生三個插值像素。

其中，所述的紋理存儲器T₀，其聲明的紋理參考系中的尋址模式與濾波模式屬性分別設置為鉗位尋址與最近點取樣模式。

其中，所述的紋理存儲器T₁和紋理存儲器T₂，其聲明的紋理參考系中的尋址模式與濾波模式屬性分別設置為鉗位尋址與線性濾波取樣模式。

其中，所述的執行差運算后形成三個殘差平面的過程是：根據參考像素周圍三個插值的方向重新組合殘差值，同方向被組合在同一個平面。