一種Slice級編解碼端聯合時間最小化方法
2023-06-08 21:30:01 1
專利名稱：一種Slice級編解碼端聯合時間最小化方法
技術領域：
本發明涉及視頻編解碼器設計和優化領域，特別是一種Slice級編解碼端聯合時間最小化方法。
背景技術：
在視頻編解碼研究領域，隨著壓縮比的不斷提高，編解碼器的計算複雜度也迅速上升，因而使用多核處理器來實現並行編解碼成為一個熱門的研究課題。目前，視頻編解碼並行技術主要有指令級並行(ILP)、數據級並行(DLP)和線程級並行(TLP)。其中，線程級並行(TLP)技術的主要目標是在多核處理器中均衡負載計算量，它根據線程粒度的不同，又可以分為 GOP 級、Frame 級、Slice 級和 Macroblock 級。由於Slice間參數的獨立性，使得在Slice級實現並行編解碼相對容易。在Slice 級線程並行技術中，每一個視頻幀內的計算複雜度並不是均勻分布的，所以需要解決如何對視頻幀進行自適應分片的問題，以達到均衡負載每個Slice計算量的目的。在已有的分片算法中，Zhang和Wu依據前一編碼幀的複雜度進行自適應分片，但該方法應用於場景突變較大的視頻效果並不好。因此，Jung等人使用快速Macroblock模式選擇來作一個預處理，使得複雜性計算不僅僅依賴於前一幀，避免了上述問題，自適應分片與平均分片的效果對比見說明書附圖I、圖2。然而，上述方法僅僅是針對編碼端或者解碼端進行單獨的並行優化，由於視頻編碼器和解碼器有不同的模塊組成和計算複雜度，編碼端最優的分片方法和位置對解碼端來說往往不是最優的。當考慮到一個視頻通信系統的瓶頸在於解碼端的時候，就需要設計一個方法在編碼端計算解碼所需的時間，從而實現編碼端和解碼端的聯合併行優化。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種Slice級編解碼端聯合時間最小化方法，實現編碼端和解碼端的聯合併行優化。為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是一種Slice級編解碼端聯合時間最小化方法，包括Slice級編解碼端聯合時間最小化模型，所述Slice級編解碼端聯合時間最小化模型包括編碼器端和若干個解碼器端，所述解碼器端與編碼器端連接，其特徵在於，該方法為
1)對視頻序列前3幀採用均衡分片初始化，並記錄邊界位置；
2)令編碼器巾貞序號Frame_Number=Frame_Number+l,使用符合H.264國際標準的編碼器和解碼器，得到系統方程式T=Te+a *Td的計算負載；其中Te表示編碼耗費時間，Td表示解碼耗費時間，a表示解碼端的權重；T表示系統編解碼所需的總時間；
3)檢查Frame_Number-l是否等於被測試視頻序列的巾貞數，若不等於則還有下一巾貞，則計算邊界的調整量和下一幀的邊界，然後跳到2)，若等於則結束。與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為本發明提出了 Slice級編解碼端聯合時間最小化模型來描述使得編碼時間和解碼時間總和最小的聯合最優值，同時在符合H. 264國際視頻編碼標準的編碼器和解碼器上使用Slice級並行算法，以達到編碼端和解碼端的聯合最優化，使得編解碼端負載均衡、所需的總時間最小，更好地滿足了視頻通信系統對實時性的要求。
圖I為平均分片效果 圖2為自適應分片效果 圖3為本發明一實施例聯合最小化模型示意 圖4為blue_sky序列不同分片位置解碼端和編碼端耗費時間示意 圖5為本發明一實施例第10幀到第20幀的RAMD示意圖； 圖6為本發明一實施例QP=22，D=5時不同a取值的加速性能對比 圖7為本發明一實施例QP=22時，在不同延遲情況下針對blue_Sky序列的加速性能對比 圖8為本發明一實施例D=5時,不同QP取值情況下針對blue_sky序列的加速性能對比圖。
具體實施例方式本發明首先使用符合H. 264國際視頻編碼標準的並行編碼器X. 264和解碼器FFmpeg，利用強力搜索算法，驗證了不同分片位置會造成編碼端和解碼端耗費時間的不同。經過分析後，我們發現如果忽略這一問題，隨著解碼端負載的增大，這個系統的性能也會隨之主見下降。因此對於不同數量的編碼器和解碼器，很有必要實現每一幀的自適應分片來達到兩者聯合性能的最優化。本發明構造了一個編碼器和解碼器聯合的簡化模型，如圖3所示，假設在該模型中有I個編碼器和3個解碼器，並且所有的解碼器都具有相同的計算能力。基於此模型，本發明提出了檢驗聯合分片方法性能的系統方程式T=Te+ a *Td，當T達到最小值時，聯合分片方法的性能達到最優，其中Te表示編碼耗費時間，Td表示解碼耗費時間，a表示解碼端的權重，並按一定規則賦值，即如果編碼端和解碼端對於系統的重要性相同，則a等於實際解碼端的數量，若系統瓶頸在於編碼端，則a賦值減小，反之則增大，實驗時a取值範圍是0到100。本發明在Intel Core-i7-2670QM(2. 2GHz)CPU,8GB 內存，運行 Linux 作業系統的計算機上得到實現。其中，編碼端採用符合H. 264國際標準的X. 264開源編碼器，解碼端採用同樣符合札264國際標準的FFmpeg編碼器。其中，編碼器參數配置如表I所示
表1編碼器參數配置 權利要求
1.一種Slice級編解碼端聯合時間最小化方法，包括Slice級編解碼端聯合時間最小化模型，所述Slice級編解碼端聯合時間最小化模型包括編碼器端和若干個解碼器端，所述解碼器端與編碼器端連接，其特徵在於，該方法為 1)對視頻測試序列前3幀採用均衡分片初始化，並記錄邊界位置； 2)令編碼器巾貞序號Frame_Number=Frame_Number+l,使用符合H.264國際標準的編碼器和解碼器，得到系統方程式T=Te+a *Td的計算負載；其中Te表示編碼耗費時間，Td表示解碼耗費時間，α表示解碼端的權重，T表示系統編解碼所需的總時間； 3)檢查Frame_Number-l是否等於視頻測試序列的巾貞數，若不等於則還有下一巾貞，則計算邊界的調整量和下一幀的邊界，然後跳到2)，若等於則結束。
2.根據權利要求I所述的Slice級編解碼端聯合時間最小化方法，其特徵在於，所述步驟2)中，編碼器端採用符合H. 264國際標準的X. 264開源編碼器，解碼器端採用符合H. 264國際標準的FFmpeg編碼器。
3.根據權利要求I所述的Slice級編解碼端聯合時間最小化方法，其特徵在於，所述步驟I)中，視頻測試序列為HEVC標準所使用的視頻測試序列。
4.根據權利要求I所述的Slice級編解碼端聯合時間最小化方法，其特徵在於，所述步驟2)中，α取值範圍為O到100。
全文摘要
本發明公開了一種Slice級編解碼端聯合時間最小化方法，包括Slice級編解碼端聯合時間最小化模型，所述Slice級編解碼端聯合時間最小化模型包括編碼器端和若干個解碼器端，所述解碼器端與編碼器端連接，本發明提出了Slice級編解碼端聯合時間最小化模型來描述使得編碼時間和解碼時間總和最小的聯合最優值，同時在符合H.264國際視頻編碼標準的編碼器和解碼器上使用Slice級並行算法，以達到編碼端和解碼端的聯合最優化，使得編解碼端負載均衡、所需的總時間最小，更好地滿足了視頻通信系統對實時性的要求。
文檔編號H04N7/26GK102833551SQ20121036020
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者張昊, 朱小玉, 檀豐鋒, 龍軍 申請人:中南大學