并行處理的H.264到AVS轉碼器設計
發布時間：2010-8-2 11:58
發布者：lavida
|
1 引言 轉碼應用涉及視頻服務器、通用多媒體訪問設備、監控系統、機頂盒、DVD等多媒體設備和系統。其基本原則是在環境和處理能力受限的情況下，在碼流轉換的質量和復雜性之間取得最佳折衷。 實現的關鍵是對壓縮視頻碼流中的壓縮數據進行復用，避免重新編碼中的復雜運算。研究中的轉碼技術主要包括：碼率轉換、分辨率轉換、幀率轉換、語法轉換等。 MediaCoder是目前比較優秀的一款轉碼軟件，它將眾多來自開源社區優秀的音視頻軟件整合于一個友好的圖形界面。它可以直接、批量地在眾多音頻視頻壓縮格式和容器格式之間轉換，支持的格式包括H.264，Xvid，MPEG-1／2／4等，但是沒有將AVS視頻編碼標準融合進來。本文介紹的軟件解碼器實現了H.264到AVS兩個視頻編碼標準的轉碼。針對這兩個標準的硬件轉碼器還在研發之中，上海龍晶微電子有限公司基于AVS標準提出了國內第一款具有完全自主知識產權的高清電視解碼芯片DS10000。雙核技術的廣泛應用可用并行處理辦法加快速度。視頻轉碼可分為同類視頻轉碼技術和不同類視頻轉碼技術。 2 像素域和變換域轉碼結構 圖1是空域轉碼器結構框圖，將H.264碼流進行熵解碼和反量化，然后逆DCT變換，得到像素域的像素值；根據解碼的運動矢量和頻域殘差數據進行運動估計(Motion Estimation，ME)，根據得到的運動矢量進行運動補償(Motion Compensation，MC)；再將得到的殘差數據進行變換和量化、熵編碼形成AVS碼流。 圖2是變換域轉碼器結構框圖，轉碼中不需要解得像素域的像素值，H.264碼流經過熵解碼和反量化，在頻域中進行補償，得到頻域中重構的HT系數值，然后由H.264中的4×4HT系數變換成AVS中的8×8HT系數，根據H.264中解碼得到的運動矢量和HT系數值來進行運動估計ME，由得到的8×8HT系數值在頻域進行誤差補償；進行量化和熵編碼形成AVS碼流。 3 多線程轉碼器設計 應用程序加載到內存中，給出一個執行點稱為線程。線程是系統需要分配CPU時間的基本執行單元。單個進程在任何時刻可包含多個線程，它們可同時執行進程地址空間內的代碼。 1) 子線程的創建與終止 VC++應用程序的主線程在創建應用程序時生成，創建子線程可通過調用CreateThread函數創建，其格式： HANDLE = CreateThread (LPSECURITY ATTRIBUTES Ipsa，DWORD cbstack，LPTHREAD START ROUTINE lpStartAd2dr，LPVOIDlpvThreadParm，DWORD fdwCreate，LPDWORD lpIDThread)； 在本轉碼器中，子線程創建方法如下： slot=0； hThrds[slot]=CreateThread(NULL，0，ThreadFunc，(LPVOID)slot，0，&threadID)． 2) 轉碼器的多線程實現結構 由圖1和圖2可以看出，轉碼器的解碼和編碼部分是相對獨立的。雖然在編碼端要用到解碼得到的運動矢量、分塊模式還有頻域中的系數等信息，如果是單線程程序的話，在編碼到這一幀時，解碼程序就要停止，只有當編碼這一幀的程序執行完后，才能開始執行下一幀的解碼程序。所以，在解碼時編碼程序停止，在編碼時解碼程序停止，這將花費大量的時間來等待。 如果是在雙核或者多核計算機上，可采用并行處理的方法，可啟動兩個或多個線程，一個解碼線程和一個編碼線程，在編碼第n幀時，同時解碼第n+1幀，達到解碼和編碼同時執行的效果�？紤]到對系統內存的要求，這里設置緩存區的大小為2，多線程轉碼器實現框架如圖3所示。 多線程轉碼器執行順序如下：當解碼第n幀完成，判斷第n-1幀是否已經編碼完成，如果沒有完成，則等待編碼第n-1幀直到它完成，如果第n-1幀已完成，則開始解碼第n+1幀，并同時開始編碼第n幀；當第n+1幀解碼完成時，再判斷第n幀編碼是否完成，若沒完成，則等待它完成，若完成，則開始編碼第n+1幀，然后令n=n+2，進行循環。所以，實現了編碼和解碼并行處理，解碼當前幀和編碼前一幀是同時進行的。 3) 多線程轉碼器的具體實現方法 緩存區大小設置為2，奇數幀共用一組變量，偶數幀共用一組變量。H.264中解碼的當前幀序號用img->number表示，AVS編碼端編碼的當前幀序號用img_avs->number表示。在解碼第n+2幀時，decode_slice()解碼一幀的函數前面加上判斷是否編碼完第n幀： if (img->number=(img_aVs->number+2))WaitForSingleObject(hThrds[0]，INFINITE)； 解碼第n+2幀完成時，等待編碼線程結束，Wait-ForSingleObjeet(hThrds[0]，INFINITE)，然后開始一個新的進程： slot=0；hThrds[0]=CreateThread(NULL，0，ThreadFunc，(LPVOID)slot，0，&threadID) 在整個程序執行完之前，等待線程執行完以后，再結束整個轉碼程序。 4 仿真結果 測試序列：foreman，格式為CIF(352×288)，編碼成IPPPPIPPP…，264量化系數為28，AVS端編碼的量化系數為36，編碼幀數為100幀。 計算機配置：Intel奔騰1.6 GHz，內存1 Gbyte，Win-dows XP sp2操作系統。 對于串行單線程的方式，平均轉碼一幀的時間為113.57 ms；并行多線程的方式，平均轉碼一幀的時間為80.19 ms。所以使用多線程編碼的方式，由于編碼和解碼同時執行，時間可節約41.63%，轉碼速度是單線程編碼方式的1.42倍。這是因為進程調度也要花費一定時間，所以雙線程編碼的速度沒有達到單線程編碼的2倍。本文中，考慮到對存儲的要求，緩存區僅設置為2，使用的是一種乒乓式的訪問策略，解碼端和編碼端在每一時刻都分別只訪問一組存儲空間，不會同時訪問一組存儲空間。如果把緩存區設置得更大一點，速度將還會有大幅度的提高。 |
網友評論