[發明專利]基于CPU+GPU異構平臺實現HEVC中熵編碼環節的并行處理方法

有效

• 申請號: 201811258709.6
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109391816B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 郭成安;董菁鑫
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04N19/124
• 分類號: H04N19/124;H04N19/147;H04N19/159;H04N19/172;H04N19/44;H04N19/70;H04N19/91;G06F9/50;G06T1/20
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

1.一種基于CPU+GPU異構平臺實現HEVC中熵編碼環節的并行處理方法，其特征在于：

(1)采用二核或二核以上的CPU和一個GPU卡構成一個CPU+GPU異構計算平臺；

(2)在CPU上設置兩個線程，分別稱為“CPU主線程”和“CPU從線程”；在GPU上設置一個多線程，稱為“GPU多線程”；其中“CPU主線程”負責整個編碼器系統的計算流程控制，也對“CPU從線程”和“GPU多線程”的調度以及CUP與GPU之間的數據信息交流；“CPU從線程”負責實現對前一幀圖像所有待編碼數據的最終熵編碼環節，“GPU多線程”負責實現對當前幀圖像的預測、變換、量化、率失真優化、反量化、反變換、濾波及圖像重構；

(3)對于率失真優化過程中對各個CU數據塊的熵編碼環節，預測、變換、量化環節是由GPU通過“GPU多線程”做并行處理，而且此時是以CU數據塊為單元進行計算，在此過程中用“GPU多線程”對每一個CU數據塊仍按原串行熵編碼算法對該CU數據塊中的各個數據進行編碼，而對不同的CU數據塊進行并行編碼，由此實現CU級的并行熵編碼，提高該環節的計算效率；

上述方法具體包括以下步驟：

步驟1：從T0時刻開始至T1時間內，首先由CPU端的CPU主線程向GPU端傳送視頻序列中的第0幀圖像數據，并向GPU發出調度指令，啟動GPU多線程對第0幀圖像進行預測、變換、量化、率失真優化、反量化、反變換及圖像重構環節的并行計算；在此期間，CPU主線程與GPU端將有多次的信息交流，CPU主線程會根據GPU端返回的信息所反映的當前GPU端上的GPU多線程的任務執行狀況，啟動不同的GPU多線程以完成不同環節的處理任務；

當GPU端中的GPU多線程完成第0幀圖像的重構計算任務后向CPU主線程返回任務結束標志，CPU主線程收到結束標志后，將GPU多線程產生的第0幀的全部待編碼數據傳到CPU中；在此期間CPU從線程處于空閑狀態；

步驟2：從T1時刻開始至T2時間內，CPU主線程啟動CPU從線程由該從線程對第0幀全部待編碼數據進行熵編碼，CPU主線程同時將下一幀(第1幀)圖像數據傳送到GPU端，并啟動GPU端的GPU多線程對第1幀圖像進行預測、變換、量化、率失真優化、反量化、反變換、濾波及圖像重構環節的并行計算；在此期間，CPU主線程與GPU端同樣將有多次的信息交流，CPU主線程會根據GPU端返回的信息所反映的當前GPU端上的GPU多線程的任務執行狀況，啟動不同的GPU多線程以完成不同環節的處理任務；此時CPU主線程與CPU從線程之間也將有信息交流，掌控CPU從線程的任務完成狀況；當GPU端中的GPU多線程完成第1幀圖像的重構計算任務后向CPU主線程返回任務結束標志，CPU主線程收到結束標志后，將GPU多線程產生的第1幀的全部待編碼數據傳到CPU中；

步驟3：從T2時刻開始至T3時間內，CUP端的CUP主線程、CPU從線程以及GPU端的GPU多線程分別進行與在步驟2中完全同樣的操作處理，所不同的是在此步驟里由CPU主線程向GPU端傳送的是第2幀圖像數據、GPU多線程處理的也是該幀數據、CPU主線程啟動CPU從線程對第1幀全部待編碼數據進行熵編碼、CPU主線程最后是將這一時段內由GPU多線程產生的第2幀圖像的全部待編碼數據傳到CPU中；

步驟4：從Tn時刻開始至Tn+1時間內(n＝3,4,…,N-1)，在該步驟中CUP端的CUP主線程、CPU從線程以及GPU端的GPU多線程所進行的操作處理仍然與在步驟2或步驟3中幾乎同樣的操作處理，不同的是在此步驟里由CPU主線程向GPU端傳送的是第n幀圖像數據、GPU多線程處理的也是新傳過來的這一幀數據、CPU主線程啟動CPU從線程對第n-1幀全部待編碼數據進行熵編碼、以及CPU主線程最后是將這一時段內由GPU多線程產生的第n幀圖像的全部待編碼數據傳到CPU中；在該步驟中由GPU多線程對第n幀圖像所做的預測處理既有可能是幀間預測又有可能是幀內預測，具體為哪一種預測是由事先規定的預測選擇算法來決定；在實際運行過程中，是由CPU主線程根據預測選擇算法決定對當前幀圖像的預測方式，并向GPU發出相應的調度指令，隨之由GPU多線程按指令對當前幀圖像進行相應的幀內預測或者幀間預測運算；其它所有操作則與步驟2或步驟3完全相同；

步驟5：重復步驟4直到TN時刻為止，到TN時刻已對第N-1幀圖像完成除了最終的熵編碼環節以外的全部處理操作，并且已將該幀圖像的全部待編碼數據傳送到了CPU端；

步驟6：在TN時刻，由CPU主線程向CPU從線程發通知由該從線程對第N-1幀的全部待編碼數據進行最終的熵編碼，獲得最后一幀圖像最終壓縮后的碼流數據；至此，對整個視頻圖像序列的編碼過程結束。