[发明专利]一种基于CUDA实现的帧内压缩方法有效

专利信息
申请号: 201210013335.8 申请日: 2012-01-17
公开(公告)号: CN102572436A 公开(公告)日: 2012-07-11
发明(设计)人: 张岗山;颜善;赵林靖;李建东;吴宇红;刘炯 申请(专利权)人: 西安电子科技大学
主分类号: H04N7/26 分类号: H04N7/26
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 710071*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 cuda 实现 压缩 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于通信技术领域,涉及信源编码,是一种基于CUDA实现的帧内压缩方法。

背景技术

目前,主流计算机中的处理器主要是中央处理器CPU和图形处理器GPU。受游戏市场和军事视景仿真需求的牵引,GPU性能提高速度很快。最近几年中,GPU的性能每一年就可以翻倍,大大超过了CPU遵循摩尔定律(每18~24月性能翻倍)的发展速度。为了实现更逼真的图形效果,GPU支持越来越复杂的运算,其可编程性和功能都大大扩展了。传统上,GPU只负责图形渲染,而大部分的处理都交给了CPU。但随着CPU越来越难克服因提高时钟频率后的散热问题,转而运用增加运算核心的方法来进行加速。之前,GPU作为图形渲染专用的处理器,具有高度的并行特性,GPU也从单一的图形渲染设备转化为作为通用计算的协处理器。

NVIDIA公司于2007年正式发布的CUDA(Compute Unified Device Archi-tecture,计算统一设备架构)是第一种不需要借助图形学API就可以使用类C语言进行通用计算的开发环境和软件体系。与以往的传统GPGPU开发方式相比,CUDA有十分显著的改进。在性能、成本和开发时间上较传统的CPU解决方案有显著优势,CUDA的推出在学术界和产业界引起了热烈反响。现在,CUDA已经在很多领域获得了广泛应用,并取得了丰硕的成果。纹理存储器(Texture memory)是一种只读存储器,有GPU用与纹理渲染的图形专用单元发展而来,提供了地址映射、数据滤波、缓存等功能。

现有的帧内预测都很难执行大规模的并行计算,在H.264标准中,帧内预测是基于块的思路,用以编码重构的相邻块像素预测当前块,采用代表空间域纹理方向的多种预测模式。这种预测方式利用了子块像素间的相关性,当前块预测是基于已编码重构块,造成在块之间的编码操作必须串行执行。这种帧内方法能有效逼近其真实值,图像主观质量也较好,但这种方法不能执行大规模的并行计算。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于CUDA并行实现的帧内压缩方法。

本发明的基本思想是:像素值是对模拟视频信号的空间采样形成,离散像素值间具有连续性,这样就可以对下采样的低分辨图像通过GPU纹理存储器插值来逼近高分辨率图像,部分消除帧内空间冗余,从而实现快速帧内压缩。

本发明的技术方案如下:

基于CUDA实现的帧内压缩方法,亮度信号的预测步骤:

(1)将当前帧的亮度信号从主机端内存拷贝到设备端的纹理存储器T0中;

(2)在设备端对亮度信号分别进行4倍和2倍下采样,分别形成像素点数为亮度信号的1/16的1/4分辨率图像、像素点数为亮度信号的1/4的1/2分辨率图像;

(3)对1/4分辨率图像进行无损的I_PCM编码;

(4)将1/4分辨率图像拷贝到纹理存储器T1中,并利用纹理存储器的滤波功能对1/4分辨率图像进行插值,形成1/2分辨率参考图像;

(5)对1/2分辨率图像与1/2分辨率参考图像执行差运算,形成三个残差平面,并对其进行编码;

(6)解码三个残差平面,并用其形成1/2分辨率重构图像;

(7)将1/2分辨率重构图像拷贝到纹理存储器T2中,并利用其滤波功能对1/2分辨率重构图像进行插值,形成原始分辨率参考图像;

(8)对原始分辨率图像与原始分辨率参考图像执行差运算,形成三个残差平面,并对其进行编码;

(9)解码三个残差平面,并用其形成原始分辨率重构图像;

色差信号的预测步骤与亮度信号相同。

其中,所述的无损的I_PCM编码,是对像素值不经过变换、量化操作,直接无损编码原始像素值。

其中,所述的插值为双线性插值,插值结果是在每个参考像素的右方、下方、右下方会产生三个插值像素。

其中,所述的纹理存储器T0,其声明的纹理参考系中的寻址模式与滤波模式属性分别设置为钳位寻址与最近点取样模式。

其中,所述的纹理存储器T1和纹理存储器T2,其声明的纹理参考系中的寻址模式与滤波模式属性分别设置为钳位寻址与线性滤波取样模式。

其中,所述的执行差运算后形成三个残差平面的过程是:根据参考像素周围三个插值的方向重新组合残差值,同方向被组合在同一个平面。

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