一種基于gpu的hevc并行解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于GPU的HEVC并行解碼方法，包括：GPU對讀取的碼流文件進(jìn)行熵解碼、重排序和反量化，從而得到變換系數(shù)矩陣，同時GPU對獲取的碼流文件進(jìn)行解析，從而得到運(yùn)動矢量以及參考幀；GPU采用HEVC反變換并行算法對變換系數(shù)矩陣進(jìn)行處理，從而得到圖像的殘差數(shù)據(jù)，同時GPU采用HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參考幀位置求取圖像的預(yù)測像素值；GPU將圖像的殘差數(shù)據(jù)與圖像的預(yù)測像素值依次進(jìn)行求和、去方塊濾波和樣本自適應(yīng)補(bǔ)償處理，從而得到重建圖像，并將重建圖像的像素值拷貝到CPU的內(nèi)存中。本發(fā)明有效提高了解碼速度和解碼效率，可廣泛應(yīng)用于視頻編解碼領(lǐng)域。
【專利說明】-種基于GPU的HEVC并行解碼方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視頻編解碼領(lǐng)域，尤其是一種基于GPU的HEVC并行解碼方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字視頻正朝著高清晰度、高幀率、高壓 縮率的方向邁進(jìn)，視頻的格式從720P發(fā)展到1080P，在某些場合甚至出現(xiàn)了 4Kx2K、8Kx4K 的超高清晰數(shù)字視頻。在視頻應(yīng)用中，傳輸帶寬和存儲空間無疑是最核心的資源，如何在 有限的空間實(shí)現(xiàn)高清晰視頻的存儲，在帶寬有瓶頸的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)良好傳輸，是一個大 的難題。高清晰度的視頻可以給帶來更高的生活質(zhì)量，但這樣一來必然會有龐大的數(shù)據(jù) 量。舉個例子，1080Ρ高清晰視頻，像素為1920X1080,4:2:0的格式，其一幀圖像的數(shù)據(jù)量為 24.88Mbit。這樣高清晰度的視頻產(chǎn)生了一個難題，那就是視頻碼率大幅度的升高。視頻編 碼就是要用盡量少的比特?cái)?shù)來表征視頻信息，而當(dāng)今廣泛應(yīng)用的H. 264編碼標(biāo)準(zhǔn)的壓縮效 率仍然無法充分滿足超高清視頻的應(yīng)用需求。
[0003] HEVC (High Efficiency Video Coding)高效率視頻編碼是由 ISO 的 MPEG 和 ITU-T 的VCEG共同制定的下一代新的視頻壓縮編碼方案。HEVC標(biāo)準(zhǔn)是繼承了了現(xiàn)有的視頻編碼 方案H. 264的編碼理念，沿用了其中的一些編碼技術(shù)，并且改進(jìn)了相關(guān)技術(shù)，編碼單元尺寸 更大、基于塊的幀間/幀內(nèi)預(yù)測選擇方式更加多樣化、更加復(fù)雜的內(nèi)插濾波器等。HEVC對比 之前的視頻編碼技術(shù)，有壓縮效率更高、視頻質(zhì)量更好、健壯性更好、錯誤恢復(fù)能力更強(qiáng)、更 適合在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。HEVC對比H. 264/AVC編碼標(biāo)準(zhǔn)，在對高清晰度以及高保真的 視頻圖像進(jìn)行編碼時，壓縮效率提高了一倍，這樣在解碼后得到重建的圖像質(zhì)量相同的情 況下，視頻流的碼率減少50 %。
[0004] 但是，碼率的下降是以編解碼軟件的復(fù)雜度的增加作為前提的，在采用了更復(fù)雜、 更靈活的編碼技術(shù)后，HEVC編解碼軟件的復(fù)雜度也大大增加，使得對高清晰視頻進(jìn)行壓縮 和解壓縮所花費(fèi)的時間也隨之增加，無法滿足視頻會議和可視電話等應(yīng)用領(lǐng)域的高實(shí)時解 碼播放要求。
[0005] 在高清晰視頻成為主流的情況下，單純地依靠CPU顯然不能很好地實(shí)現(xiàn)高清晰視 頻的實(shí)時解碼。GPU具有優(yōu)異的浮點(diǎn)計(jì)算能力和強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，如果將解碼算法中 運(yùn)算量巨大，復(fù)雜度較高的模塊轉(zhuǎn)移到GPU上實(shí)現(xiàn)，則能夠有效解決實(shí)時解碼這個難題。然 而，目前業(yè)內(nèi)還未有基于GPU的HEVC視頻編解碼方案出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種解碼速度快和效率高的，基于 GPU的HEVC并行解碼方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于GPU的HEVC并行解碼方 法，包括：
[0008] A、GPU對讀取的碼流文件進(jìn)行熵解碼、重排序和反量化，從而得到變換系數(shù)矩陣， 同時GPU對獲取的碼流文件進(jìn)行解析，從而得到運(yùn)動矢量以及參考幀；
[0009] B、GPU采用HEVC反變換并行算法對變換系數(shù)矩陣進(jìn)行處理，從而得到圖像的殘差 數(shù)據(jù)，同時GPU采用HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參考幀位置求取圖像的 預(yù)測像素值；
[0010] C、GPU將圖像的殘差數(shù)據(jù)與圖像的預(yù)測像素值依次進(jìn)行求和、去方塊濾波和樣本 自適應(yīng)補(bǔ)償處理，從而得到重建圖像，并將重建圖像的像素值拷貝到CPU的內(nèi)存中。
[0011] 進(jìn)一步，所述步驟B中GPU采用HEVC反變換并行算法對變換系數(shù)矩陣進(jìn)行處理這 一步驟，其包括：
[0012] B11、初始化GPU，在GPU上申請用于存儲變換系數(shù)矩陣和殘差數(shù)據(jù)的設(shè)備端全局 內(nèi)存；
[0013] B12、對線程的網(wǎng)格大小和線程塊的大小進(jìn)行設(shè)定，并根據(jù)變換單元的大小為每個 變換單元分配相應(yīng)數(shù)量的線程及相應(yīng)的線程ID號；
[0014] B13、讀取設(shè)備端全局內(nèi)存上各個變換單元所對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣，然后根據(jù)線程 ID號對每個變換系數(shù)矩陣依次進(jìn)行列并行一維IDCT反變換和行并行一維IDCT反變換，從 而得到整個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)；
[0015] B14、將計(jì)算的各個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)拷貝回CPU內(nèi)存，得到整個圖像的殘差數(shù) 據(jù)，然后釋放設(shè)備端全局內(nèi)存空間。
[0016] 進(jìn)一步，所述步驟B13,其包括：
[0017] B131、讀取設(shè)備端全局內(nèi)存上各個變換單元所對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣；
[0018] B132、根據(jù)線程ID號對每個變換系數(shù)矩陣的各列同時進(jìn)行一維IDCT反變換，得到 變換后的系數(shù)矩陣并將變換的結(jié)果暫存在線程塊的共享內(nèi)存中；
[0019] B133、根據(jù)線程ID號對共享內(nèi)存中變換后的系數(shù)矩陣的每一行同時進(jìn)行一維 IDCT反變換，得到殘差數(shù)據(jù)矩陣，并根據(jù)殘差數(shù)據(jù)矩陣計(jì)算整個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)。
[0020] 進(jìn)一步，所述步驟B中GPU采用HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參 考幀位置求取圖像的預(yù)測像素值這一步驟，其包括：
[0021] S1、初始化GPU，在GPU中申請用來存儲幀間預(yù)測模式每個像素點(diǎn)對應(yīng)的運(yùn)動矢 量、參考幀和預(yù)測像素值的存儲空間；
[0022] S2、將運(yùn)動矢量和相應(yīng)的參考幀圖像拷貝到設(shè)備端，同時將參考幀綁定到紋理存 儲器上；
[0023] S3、進(jìn)行線程配置，為每個預(yù)測像素值的處理分配一個線程ID號，在設(shè)備端開辟 用來存儲預(yù)測像素值的全局內(nèi)存空間；
[0024] S4、各個線程根據(jù)自身的線程ID號和運(yùn)動矢量指向參考幀的位置同時進(jìn)行直接 紋理讀取或插值濾波處理，從而得到各個線程的像素預(yù)測值；
[0025] S5、將各個線程的像素預(yù)測值拷貝回CPU內(nèi)存，然后釋放設(shè)備端的全局內(nèi)存空間。
[0026] 進(jìn)一步，所述步驟S4,其具體為：
[0027] 每個線程根據(jù)自身的線程ID號和運(yùn)動矢量指向參考幀的位置同時進(jìn)行直接讀取 或插值濾波處理：若該線程的運(yùn)動矢量指向的是整像素值位置，則直接讀取紋理存儲器中 該運(yùn)動矢量所指向的參考幀位置上的像素值，并以讀取的像素值作為該線程的像素預(yù)測 值；若該線程的運(yùn)動矢量指向的是分像素位置，則根據(jù)分像素點(diǎn)的位置選擇相應(yīng)的亮度或 色度分像素插值濾波公式進(jìn)行計(jì)算，從而得到該線程的像素預(yù)測值。
[0028] 進(jìn)一步，所述亮度分像素插值濾波公式為8點(diǎn)插值濾波公式，所述度分像素插值 濾波公式為4點(diǎn)插值濾波公式。
[0029] 本發(fā)明的有益效果是：構(gòu)建了由CPU和GPU組成的解碼架構(gòu)，將解碼復(fù)雜度較高的 反變換處理和運(yùn)動補(bǔ)償處理轉(zhuǎn)移到GPU上實(shí)現(xiàn)，并設(shè)計(jì)了基于GPU的HEVC反變換并行算法 和HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法，有效提高了解碼速度和解碼效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031] 圖1為本發(fā)明一種基于GPU的HEVC并行解碼方法的步驟流程圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明步驟B中GPU采用HEVC反變換并行算法對變換系數(shù)矩陣進(jìn)行處理 的流程圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明步驟B13的流程圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明步驟B中GPU采用HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參 考幀位置求取圖像的預(yù)測像素值的流程圖；
[0035] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例一的HEVC解碼框架圖；
[0036] 圖6為本發(fā)明亮度的分像素內(nèi)插示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 參照圖1，一種基于GPU的HEVC并行解碼方法，包括：
[0038] A、GPU對讀取的碼流文件進(jìn)行熵解碼、重排序和反量化，從而得到變換系數(shù)矩陣， 同時GPU對獲取的碼流文件進(jìn)行解析，從而得到運(yùn)動矢量以及參考幀；
[0039] B、GPU采用HEVC反變換并行算法對變換系數(shù)矩陣進(jìn)行處理，從而得到圖像的殘差 數(shù)據(jù)，同時GPU采用HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參考幀位置求取圖像的 預(yù)測像素值；
[0040] C、GPU將圖像的殘差數(shù)據(jù)與圖像的預(yù)測像素值依次進(jìn)行求和、去方塊濾波和樣本 自適應(yīng)補(bǔ)償處理，從而得到重建圖像，并將重建圖像的像素值拷貝到CPU的內(nèi)存中。
[0041] 參照圖2,進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟B中GPU采用HEVC反變換并行算 法對變換系數(shù)矩陣進(jìn)行處理這一步驟，其包括：
[0042] B11、初始化GPU，在GPU上申請用于存儲變換系數(shù)矩陣和殘差數(shù)據(jù)的設(shè)備端全局 內(nèi)存；
[0043] B12、對線程的網(wǎng)格大小和線程塊的大小進(jìn)行設(shè)定，并根據(jù)變換單元的大小為每個 變換單元分配相應(yīng)數(shù)量的線程及相應(yīng)的線程ID號；
[0044] B13、讀取設(shè)備端全局內(nèi)存上各個變換單元所對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣，然后根據(jù)線程 ID號對每個變換系數(shù)矩陣依次進(jìn)行列并行一維IDCT反變換和行并行一維IDCT反變換，從 而得到整個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)；
[0045] B14、將計(jì)算的各個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)拷貝回CPU內(nèi)存，得到整個圖像的殘差數(shù) 據(jù)，然后釋放設(shè)備端全局內(nèi)存空間。
[0046] 其中，線程的網(wǎng)格大小設(shè)定為Grid(4, 4, 1)，線程塊的大小設(shè)定為 Block (16, 16, 1)，即一個Grid分配16個Block,每個Block分配256個線程。而線程的數(shù) 量則根據(jù)變換單元的大小相應(yīng)地進(jìn)行分配。圖像塊由至少一個變換單元組成，而圖像則由 至少一個圖像塊組成。
[0047] 參照圖3,進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟B13,其包括：
[0048] B131、讀取設(shè)備端全局內(nèi)存上各個變換單元所對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣；
[0049] B132、根據(jù)線程ID號對每個變換系數(shù)矩陣的各列同時進(jìn)行一維IDCT反變換，得到 變換后的系數(shù)矩陣并將變換的結(jié)果暫存在線程塊的共享內(nèi)存中；
[0050] B133、根據(jù)線程ID號對共享內(nèi)存中變換后的系數(shù)矩陣的每一行同時進(jìn)行一維 IDCT反變換，得到殘差數(shù)據(jù)矩陣，并根據(jù)殘差數(shù)據(jù)矩陣計(jì)算整個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)。
[0051] 參照圖4,進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟B中GPU采用HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行 算法，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參考幀位置求取圖像的預(yù)測像素值這一步驟，其包括：
[0052] S1、初始化GPU，在GPU中申請用來存儲幀間預(yù)測模式每個像素點(diǎn)對應(yīng)的運(yùn)動矢 量、參考幀和預(yù)測像素值的存儲空間；
[0053] S2、將運(yùn)動矢量和相應(yīng)的參考幀圖像拷貝到設(shè)備端，同時將參考幀綁定到紋理存 儲器上；
[0054] S3、進(jìn)行線程配置，為每個預(yù)測像素值的處理分配一個線程ID號，在設(shè)備端開辟 用來存儲預(yù)測像素值的全局內(nèi)存空間；
[0055] S4、各個線程根據(jù)自身的線程ID號和運(yùn)動矢量指向參考幀的位置同時進(jìn)行直接 紋理讀取或插值濾波處理，從而得到各個線程的像素預(yù)測值；
[0056] S5、將各個線程的像素預(yù)測值拷貝回CPU內(nèi)存，然后釋放設(shè)備端的全局內(nèi)存空間。
[0057] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S4,其具體為：
[0058] 每個線程根據(jù)自身的線程ID號和運(yùn)動矢量指向參考幀的位置同時進(jìn)行直接讀取 或插值濾波處理：若該線程的運(yùn)動矢量指向的是整像素值位置，則直接讀取紋理存儲器中 該運(yùn)動矢量所指向的參考幀位置上的像素值，并以讀取的像素值作為該線程的像素預(yù)測 值；若該線程的運(yùn)動矢量指向的是分像素位置，則根據(jù)分像素點(diǎn)的位置選擇相應(yīng)的亮度或 色度分像素插值濾波公式進(jìn)行計(jì)算，從而得到該線程的像素預(yù)測值。
[0059] 其中，讀取紋理存儲器中該運(yùn)動矢量所指向的參考幀位置上的像素值，通過調(diào)用 紋理提取函數(shù)tex2D〇函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
[0060] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述亮度分像素插值濾波公式為8點(diǎn)插值濾波公 式，所述度分像素插值濾波公式為4點(diǎn)插值濾波公式。
[0061] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0062] 實(shí)施例一
[0063] 參照圖5,本發(fā)明的第一實(shí)施例：
[0064] HEVC解碼框架如圖5所示。HEVC解碼過程就是編碼過程的逆向化，解碼器讀取碼 流文件，從NAL(網(wǎng)絡(luò)抽象層）中獲得比特流，解碼是按一幀一幀順序進(jìn)行的，一幀圖像劃 分成若干個最大編碼單元LCU，以光柵掃描的順序，以LCU為基本單位進(jìn)行熵解碼，然后進(jìn) 行重排序，從而得到相應(yīng)編碼單元的殘差系數(shù)；接著對殘差系數(shù)進(jìn)行反量化和反變換，從而 得到圖像殘差數(shù)據(jù)。與此同時，解碼器根據(jù)從碼流中解碼得到的頭信息生成預(yù)測塊：若是幀 間預(yù)測模式，則根據(jù)運(yùn)動矢量和參考幀生成相應(yīng)的一個預(yù)測塊；若是幀內(nèi)預(yù)測模式，則從相 鄰的預(yù)測單元生成一個預(yù)測塊。接著，預(yù)測塊數(shù)據(jù)與殘差塊數(shù)據(jù)求和得到重構(gòu)的圖像塊數(shù) 據(jù)，最后圖像塊數(shù)據(jù)通過去方塊濾波和樣本自適應(yīng)補(bǔ)償處理后得到重建圖像并輸出。
[0065] 運(yùn)動補(bǔ)償描述了編碼關(guān)系上相鄰幀的差別，也就是說描述了前面參考幀的宏塊如 何移動到當(dāng)前幀中的某個位置上去，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參考幀的等大小預(yù)測塊的值和殘 差值相加得到重建值。這種方法經(jīng)常被視頻編解碼器用來減少視頻序列中的時域冗余。運(yùn) 動補(bǔ)償用于圖像重建，是視頻編編解碼中必不可少的關(guān)鍵模塊。
[0066] 運(yùn)動補(bǔ)償就是一幀圖像根據(jù)圖像紋理劃分為大小不等的編碼單元，在編碼單元的 基礎(chǔ)上劃分預(yù)測單元，預(yù)測單元包括一個亮度塊和兩個色度塊，幀間編碼宏塊的每個宏塊 就是從參考圖像的某一相同大小的宏塊預(yù)測得到的。運(yùn)動補(bǔ)償精度由運(yùn)動矢量的精度決 定，其直接關(guān)系到重建圖像質(zhì)量以及碼流的大小。運(yùn)動矢量是預(yù)測的過程中平移的大小，是 在對編碼端運(yùn)動進(jìn)行估計(jì)而得出的。運(yùn)動矢量的精度越高，運(yùn)動補(bǔ)償?shù)木_度越高。插值 濾波則是運(yùn)動補(bǔ)償中是一個非常關(guān)鍵的技術(shù)，H. 264標(biāo)準(zhǔn)采用的是六抽頭的維納濾波器，其 運(yùn)動補(bǔ)償精度為1/4像素精度。而HEVC采用了更加先進(jìn)高效的插值濾波器，也就是基于離 散余弦變換的插值濾波器。相比之下，HEVC標(biāo)準(zhǔn)中亞像素的生成更加簡潔高效，只需要一個 濾波公式，進(jìn)行一次濾波處理就可以了。亮度信號使用的是基于DCT離散余弦變換的8點(diǎn) 插值濾波器，而色度信號使用的是基于DCT離散余弦變換的4點(diǎn)插值濾波器，進(jìn)行像素的內(nèi) 插。但大量的插值計(jì)算導(dǎo)致復(fù)雜度相應(yīng)提高，編碼效率會較低。參考幀中分像素位置的亮 度和色度像素實(shí)際上是不存在的，因此需要通過插值濾波算法進(jìn)行像素內(nèi)插得到分像素位 置的像素值，這種運(yùn)動補(bǔ)償屬于亞像素精度的運(yùn)動補(bǔ)償。
[0067] 實(shí)施例二
[0068] 本實(shí)施例對本發(fā)明的HEVC反變換并行算法過程進(jìn)行說明。
[0069] 反變換模塊是將當(dāng)前塊的變換系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為殘差樣值矩陣的一個過程，并為后 續(xù)的重構(gòu)做好準(zhǔn)備。反變換是在反量化處理后進(jìn)行的，同樣是以TU變換單元為基本單位進(jìn) 行處理的，其所用的源數(shù)據(jù)就是反量化的結(jié)果。本發(fā)明的HEVC解碼器進(jìn)行二維IDCT反變 換時，首先進(jìn)行水平方向上的一維IDCT反離散余弦變換，然后進(jìn)行垂直方向上的一維IDCT 反離散余弦變換，最后再通過矩陣相乘，將變換系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成同樣大小的殘差數(shù)據(jù)矩陣， 從而完成頻域到時域的變換。
[0070] -幀圖像中不同變換塊的IDCT運(yùn)算是相互獨(dú)立的，而同一變換單元上的變換系 數(shù)矩陣進(jìn)行水平方向上的一維IDCT變換時，各列是相互獨(dú)立的，因此可以實(shí)現(xiàn)各列的并行 計(jì)算。同樣地，進(jìn)行垂直方向上的一維IDCT反變換時，各行之間并不存在數(shù)據(jù)的相關(guān)性，因 此能夠?qū)崿F(xiàn)并行計(jì)算。本發(fā)明根據(jù)變換系數(shù)矩陣的大小分配相應(yīng)的線程數(shù)進(jìn)行處理，每一 列分配一個線程同時進(jìn)行處理，各列同時進(jìn)行一維IDCT反變換，處理完畢后，每一行分配 一個線程同時進(jìn)行一維IDCT反變換計(jì)算，完成后即實(shí)現(xiàn)了對變換系數(shù)矩陣的二維IDCT反 變換并行處理。
[0071] 由于HEVC變換單元的大小為4x4, 8x8, 16x16或32x32。變換單元越大，則并行程 度越高，加速效果越明顯。例如，對32x32變換單元對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣，首先可以同時進(jìn) 行32列的一維IDCT反變換，完成后調(diào)用syncthreads ()函數(shù)進(jìn)行同步，然后再同時進(jìn)行32 行的一維IDCT反變換。此外，還可以對各個變換單元對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣同時進(jìn)行IDCT 反變換。為了得到更好的加速效果，本發(fā)明直接利用反量化并行處理后得到的在全局內(nèi)存 空間的變換系數(shù)。變換單元包括一個亮度變換塊和兩個色度變換塊，因此，需要分別進(jìn)行亮 度和色度的反變換，二者的步驟是相同的。
[0072] 本發(fā)明基于GPU的反變換算法包括：
[0073] (1)解碼開始階段，初始化GPU，在GPU上申請用于存儲經(jīng)過反變換后得到的殘差數(shù) 據(jù)的全局內(nèi)存空間，同時直接從全局內(nèi)存空間讀取在GTO上進(jìn)行反量化后得到的變換系數(shù)。
[0074] (2)進(jìn)行線程數(shù)量的配置，配置線程網(wǎng)格大小為Grid(4, 4, 1)，線程塊大小為 Block (16, 16, 1)，即一個Grid分配16個Block,每個Block分配256個線程，接著根據(jù)變 換單元的大小相應(yīng)分配線程數(shù)量。
[0075] (3)為一個變換單元對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣分配給一個線程塊進(jìn)行反變換處理：首 先每個線程依據(jù)自身的線程ID號對變換系數(shù)矩陣的每一列對應(yīng)進(jìn)行一維IDCT反變換，各 列同時進(jìn)行，并且調(diào)用syncthreads ()函數(shù)進(jìn)行同步，所得到的結(jié)果暫存在線程塊中的共 享內(nèi)存中；然后對共享內(nèi)存中系數(shù)矩陣中的每一行同時進(jìn)行一維IDCT反變換，為一行分配 一個線程進(jìn)行處理，從而完成了對變換系數(shù)的二維IDCT反變換，并得到殘差數(shù)據(jù)矩陣。對 各個變換單元對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣同時進(jìn)行反變換處理，得到的就是整個圖像塊的殘差數(shù) 據(jù)。
[0076] (4)將計(jì)算得到的各個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)從GPU全局內(nèi)存空間復(fù)制到CPU的內(nèi)存 中，從而得到整個圖像的殘差數(shù)據(jù)。
[0077] (5)釋放解碼過程中分配的全局內(nèi)存空間。
[0078] 實(shí)施例三
[0079] 本實(shí)施例對本發(fā)明的HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法過程進(jìn)行說明。
[0080] 幀間運(yùn)動補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)原理，簡單地說，就是通過碼流解析得到的運(yùn)動矢量，根據(jù)在 參考幀上指向的位置求得預(yù)測值，指向的是參考幀的整像素點(diǎn)位置則直接讀取，若是分像 素點(diǎn)位置則需要經(jīng)過像素內(nèi)插得到分像素預(yù)測值，然后將預(yù)測值和經(jīng)過反量化、反變換得 到的圖像殘差值相加即得到圖像重建值。運(yùn)動補(bǔ)償模塊中，對像素插值濾波的計(jì)算大概占 據(jù)了 70%的運(yùn)算量。所以本發(fā)明的運(yùn)動補(bǔ)償在GPU上的實(shí)現(xiàn)主要是進(jìn)行像素內(nèi)插。運(yùn)動矢 量本來是連續(xù)的，但進(jìn)行幀間預(yù)測運(yùn)動補(bǔ)償時，為了提高編碼過程中視頻圖像幀間預(yù)測的 準(zhǔn)確度，在搜索匹配塊時，運(yùn)動矢量是分像素精度的，亮度運(yùn)動矢量的精度為1/4像素，而 色度運(yùn)動矢量則為1/8像素精度。因此，當(dāng)運(yùn)動矢量指向?yàn)閰⒖紟姆窒袼匚恢脮r，需要根 據(jù)周邊像素值進(jìn)行內(nèi)插得到對應(yīng)位置的像素值。
[0081] 其中，亮度分像素進(jìn)行插值濾波所用到的系數(shù)如表1所示。
[0082] 表1亮度像素插值濾波所用到的系數(shù)
[0083]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于GPU的HEVC并行解碼方法，其特征在于：包括： A、 GPU對讀取的碼流文件進(jìn)行熵解碼、重排序和反量化，從而得到變換系數(shù)矩陣，同時 對獲取的碼流文件進(jìn)行解析，從而得到運(yùn)動矢量以及參考幀； B、 GPU采用HEVC反變換并行算法對變換系數(shù)矩陣進(jìn)行處理，從而得到圖像的殘差數(shù) 據(jù)，同時GPU采用HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參考幀位置求取圖像的預(yù) 測像素值； C、 GPU將圖像的殘差數(shù)據(jù)與圖像的預(yù)測像素值依次進(jìn)行求和、去方塊濾波和樣本自適 應(yīng)補(bǔ)償處理，從而得到重建圖像，并將重建圖像的像素值拷貝到CPU的內(nèi)存中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPU的HEVC并行解碼方法，其特征在于：所述步驟 B中GPU采用HEVC反變換并行算法對變換系數(shù)矩陣進(jìn)行處理這一步驟，其包括： B11、初始化GPU，在GPU上申請用于存儲變換系數(shù)矩陣和殘差數(shù)據(jù)的設(shè)備端全局內(nèi)存； B12、對線程的網(wǎng)格大小和線程塊的大小進(jìn)行設(shè)定，并根據(jù)變換單元的大小為每個變換 單元分配相應(yīng)數(shù)量的線程及相應(yīng)的線程ID號； B13、讀取設(shè)備端全局內(nèi)存上各個變換單元所對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣，然后根據(jù)線程ID 號對每個變換系數(shù)矩陣依次進(jìn)行列并行一維IDCT反變換和行并行一維IDCT反變換，從而 得到整個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)； B14、將計(jì)算的各個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)拷貝回CPU內(nèi)存，得到整個圖像的殘差數(shù)據(jù)，然 后釋放設(shè)備端全局內(nèi)存空間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于GPU的HEVC并行解碼方法，其特征在于：所述步驟 B13,其包括： B131、讀取設(shè)備端全局內(nèi)存上各個變換單元所對應(yīng)的變換系數(shù)矩陣； B132、根據(jù)線程ID號對每個變換系數(shù)矩陣的各列同時進(jìn)行一維IDCT反變換，得到變換 后的系數(shù)矩陣并將變換的結(jié)果暫存在線程塊的共享內(nèi)存中； B133、根據(jù)線程ID號對共享內(nèi)存中變換后的系數(shù)矩陣的每一行同時進(jìn)行一維IDCT反 變換，得到殘差數(shù)據(jù)矩陣，并根據(jù)殘差數(shù)據(jù)矩陣計(jì)算整個圖像塊的殘差數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPU的HEVC并行解碼方法，其特征在于：所述步驟 B中GPU采用HEVC運(yùn)動補(bǔ)償并行算法，根據(jù)運(yùn)動矢量指向的參考幀位置求取圖像的預(yù)測像 素值這一步驟，其包括： 51、 初始化GPU，在GPU中申請用來存儲幀間預(yù)測模式每個像素點(diǎn)對應(yīng)的運(yùn)動矢量、參 考幀和預(yù)測像素值的存儲空間； 52、 將運(yùn)動矢量和相應(yīng)的參考幀圖像拷貝到設(shè)備端，同時將參考幀綁定到紋理存儲器 上； 53、 進(jìn)行線程配置，為每個預(yù)測像素值的處理分配一個線程ID號，在設(shè)備端開辟用來 存儲預(yù)測像素值的全局內(nèi)存空間； 54、 各個線程根據(jù)自身的線程ID號和運(yùn)動矢量指向參考幀的位置同時進(jìn)行直接紋理 讀取或插值濾波處理，從而得到各個線程的像素預(yù)測值； 55、 將各個線程的像素預(yù)測值拷貝回CPU內(nèi)存，然后釋放設(shè)備端的全局內(nèi)存空間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于GPU的HEVC并行解碼方法，其特征在于：所述步驟 S4,其具體為： 每個線程根據(jù)自身的線程ID號和運(yùn)動矢量指向參考幀的位置同時進(jìn)行直接讀取或插 值濾波處理：若該線程的運(yùn)動矢量指向的是整像素值位置，則直接讀取紋理存儲器中該運(yùn) 動矢量所指向的參考幀位置上的像素值，并以讀取的像素值作為該線程的像素預(yù)測值；若 該線程的運(yùn)動矢量指向的是分像素位置，則根據(jù)分像素點(diǎn)的位置選擇相應(yīng)的亮度或色度分 像素插值濾波公式進(jìn)行計(jì)算，從而得到該線程的像素預(yù)測值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于GPU的HEVC并行解碼方法，其特征在于：所述亮度 分像素插值濾波公式為8點(diǎn)插值濾波公式，所述度分像素插值濾波公式為4點(diǎn)插值濾波公 式。
【文檔編號】H04N19/44GK104125466SQ201410328646
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】梁凡, 羅林 申請人:中山大學(xué)