[發(fā)明專利]一種基于多核處理器實現(xiàn)的MPEG-2至H.264的轉(zhuǎn)碼方法

有效

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• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102625109A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳耀武;韓笑;羅雷
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/50
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多核處理器實現(xiàn)的MPEG-2至H.264的轉(zhuǎn)碼方法。

背景技術(shù)

隨著高清數(shù)字電視(HDTV)的推廣，高清視頻處理技術(shù)的發(fā)展越來越迅速。傳統(tǒng)HDTV的視頻信號主要采用MPEG-2進行壓縮，缺點是壓縮率不高，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中會消耗大量的帶寬。H.264作為新一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，具有優(yōu)異的壓縮性能，在近年來的高清視頻處理領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。因此，MPEG-2至H.264的高清視頻轉(zhuǎn)碼具有極大的應(yīng)用價值；但由于高清轉(zhuǎn)碼計算量巨大，普通單核處理器難以實時實現(xiàn)，多核處理器的發(fā)展為MPEG-2至H.264的高清實時轉(zhuǎn)碼提供了基礎(chǔ)，但是如何劃分單核的處理信息以及如何高效的實現(xiàn)多核的并行成為關(guān)鍵的制約因素。

高清視頻轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)分為MPEG-2的解碼部分和H.264的編碼部分。轉(zhuǎn)碼器的結(jié)構(gòu)可以分為級聯(lián)像素域轉(zhuǎn)碼結(jié)構(gòu)(CPDT)和離散余弦變換域轉(zhuǎn)碼結(jié)構(gòu)(DDT)，相對于DDT結(jié)構(gòu)，CPDT具有結(jié)構(gòu)靈活，漂移誤差小等特點，因此被廣泛應(yīng)用于高清視頻轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)中。

傳統(tǒng)的CPDT轉(zhuǎn)碼結(jié)構(gòu)通常將解碼部分和編碼部分分割開來，且在各個部分的多核并行實現(xiàn)中采用基于單一的數(shù)據(jù)劃分或基于單一的功能劃分的方法。

單一的數(shù)據(jù)劃分實現(xiàn)通常是以宏塊為單位進行的，在MPEG2的解碼部分，需要首先進行熵解碼，然后才能進行數(shù)據(jù)劃分。在H.264編碼部分，需將視頻幀劃分為多個slice(片)，每個核編碼一個slice。這樣的劃分，降低了視頻編碼時的搜索范圍，在搜索準(zhǔn)確性和壓縮效率上有所損耗，并改變了編碼流的結(jié)構(gòu)。而且由于slice的劃分使得部分濾波過程需在視頻幀編碼完成之后重新進行，增加了核的負載。綜上所述，單一的數(shù)據(jù)劃分，并行效果差，轉(zhuǎn)碼效果也會有所損失。

單一的功能劃分通常是以編解碼基本功能模塊為單位進行的，其基本思想是在單個核上實現(xiàn)一個轉(zhuǎn)碼功能，轉(zhuǎn)碼開始一定時間后形成流水，從而實現(xiàn)并行。在CPDT轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)中，MPEG-2解碼基本模塊包括熵解碼(VLD)、離散余弦反變換(IDCT)、反量化(IQ)和運動補償(MC_D)；H.264編碼基本模塊包括運動估計(ME)、幀內(nèi)預(yù)測模式估計(IPE)、運動補償(MC_E)、幀內(nèi)預(yù)測(IP)、離散余弦變換(DCT)和離散余弦反變換(IDCT)、量化(Q)和反量化(IQ)、熵編碼(EC)、碼率控制(RC)、濾波強度(BS)計算和環(huán)內(nèi)去塊濾波(LPF)。由于各個功能模塊的復(fù)雜度不一，運算量差異較大，如果只采用單一功能劃分的形式，每個核完成一個功能，必然造成功能同步時，核與核之間長時間的相互等待。運算量較小的核必然過早的處于等待的狀態(tài)，不利于并行效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種基于多核處理器實現(xiàn)的MPEG-2至H.264的轉(zhuǎn)碼方法，能夠有效提高轉(zhuǎn)碼過程的并行加速比。

一種基于多核處理器實現(xiàn)的MPEG-2至H.264的轉(zhuǎn)碼方法，所述的多核處理器至少具有16個Core(內(nèi)核)，各Core并行處理各自的運算任務(wù)；該方法包括如下步驟：

(1)由Core1負責(zé)接收MPEG-2視頻格式的碼流，由Core2負責(zé)對所述的碼流進行熵解碼并陸續(xù)生成若干宏塊組，所述的宏塊組由n個連續(xù)的宏塊組成，n為大于0的自然數(shù)；

由Core3負責(zé)對所述的宏塊組進行解碼得到宏塊組的解碼數(shù)據(jù)；

(2)由Core4～9負責(zé)對所述的解碼數(shù)據(jù)進行估計得到宏塊組的估計信息，所述的估計信息為預(yù)測矢量或幀內(nèi)預(yù)測模式；

由Core10～12負責(zé)根據(jù)所述的估計信息進行預(yù)測得到宏塊組的預(yù)測信息，使所述的解碼數(shù)據(jù)減去預(yù)測信息得到宏塊組的殘差信息；

(3)由Core11～12負責(zé)對所述的殘差信息依次進行變換和量化；由Core11～12以及Core15～16負責(zé)對量化后的殘差信息依次進行重建和濾波得到宏塊組的重建圖像并進行存儲；

(4)由Core13負責(zé)對所述的估計信息和量化后的殘差信息進行熵編碼得到宏塊組對應(yīng)的一段H.264視頻格式的碼流，并由Core14負責(zé)發(fā)送該段碼流。

優(yōu)選地，所述的宏塊組由16個連續(xù)的宏塊組成；能夠使每個Core的運算處理性能得到最大程度體現(xiàn)。