多核并行计算在视频服务中的研究及应用

论文摘要

随着网络技术的发展,流媒体技术也在不断地发展,流媒体技术广泛的应用于网络电视、视频会议系统、视频监控系统等场合。现在,人们对流媒体的要求越来越高的情况下,要提高视频系统的实时性,一方面是要提高网络带宽,另一方面就是提高其压缩速率。为了提高压缩效率,MPEG标准被提了出来。MPEG是运动图像专家小组的简称,在国际标准化组织ISO/IEC的领导下,经过近十年卓有成效的工作,为多媒体计算机系统、运动图像压缩编码技术的标准化和实用化,做出了巨大的贡献。1998年正式推出了MPEG-4标准,该标准主要应用于视频电话、视频电子邮件和电子新闻等场合。MPEG-4利用很窄的带宽,通过帧重建技术压缩和传输数据,使得能够以最小的数据获得最佳的图像质量。目前,国内外很多芯片生产厂家正在致力于多核技术的发展。多核可以降低芯片的频率,这样在降低了系统功耗的同时,提高芯片运算的速度。为了提高压缩速度,结合正在迅速发展的多核技术对压缩过程加以改进。首先,本文对MPEG-4标准中一些基本概念和算法进行了概括和介绍,包括视频服务系统的整体架构,MPEG视频压缩算法以及运动补偿预测等概念。然后,对MPEG-4标准中的压缩算法进行了深入细致的研究,发现压缩算法中存在很多并行性。并行性主要体现在帧内编码中的离散余弦变换以及帧间编码时的运动估计上。本文专门针对帧内编码和帧间编码分别提出了帧内并行编码算法（IPCA）和基于预测的方向菱形运动估计（PPDDME）算法,并且在双核平台UP-OMAP5910上对算法进行了实现和模拟。实验结果证明,并行算法的使用确实在压缩速度上得到较大的提高。最后,为了进一步提高压缩的速度,我们提出了多核的负载平衡的技术。在对传统的负载平衡技术做了简要的介绍之后,提出一个新个负载平衡模型,该模型将多核进行等级划分,分别为一级核、二级核、三级核。这三种等级的内核分别负责不同的工作,并且在二级核之间采用了分布式负载平衡的方式,在二级核与其所管辖的三级核之间采用了集中式负载平衡方式,将该模型用到了PPDDME算法上。实验数据表明,负载平衡技术与并行压缩算法的结合在较大程度上提高了视频服务系统的效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外流媒体技术发展现状
• 1.2.1 视频传输
• 1.2.2 MPEG标准
• 1.3 国内外多核并行计算发展现状
• 1.3.1 多核处理器的发展现状
• 1.3.2 多核计算机的操作系统
• 1.3.3 多核计算算法现状
• 1.4 论文的组织安排
• 第二章 视频服务系统编码技术
• 2.1 视频服务系统整体架构
• 2.2 MPEG视频压缩算法
• 2.3 宏块简介
• 2.4 运动补偿预测
• 2.5 MEPG帧图像类型
• 2.6 小结
• 第三章 MPEG4编码及并行性分析
• 3.1 帧内编码及并行性分析
• 3.1.1 帧内图像压缩算法
• 3.1.2 帧内压缩算法并行性分析
• 3.2 帧间编码及并行性分析
• 3.2.1 运动估计描述
• 3.2.2 运动估计中的并行性分析
• 3.3 小结
• 第四章 MPEG4编码并行算法实现
• 4.1 帧内编码并行算法实现
• 4.2 帧间编码并行算法实现
• 4.3 并行算法验证
• 4.3.1 实验平台简介
• 4.3.2 帧内编码并行实验结果
• 4.3.3 帧间编码并行实验结果
• 4.4 小结
• 第五章 基于负载平衡的PPDDME算法
• 5.1 传统动态负载平衡算法
• 5.1.1 动态负载平衡策略
• 5.1.2 动态负载平衡分类
• 5.2 动态负载平衡算法模型描述
• 5.3 PPDDME算法的负载平衡改进
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 在读期间参与科研项目情况
• 附录
• 多核间传递的消息格式
• 学位论文评阅及答辩情况表