[发明专利]一种基于CPU+GPU异构平台实现HEVC中的CABAC的并行方法

权利要求书

1.一种基于CPU+GPU异构平台实现HEVC中的CABAC的并行方法，其特征在于：

(1)将CABAC中所要完成的全部任务划分成两个模块：CABAC模块1和CABAC模块2；

(2)CABAC模块1的任务为语法元素转换、二进制化和上下文模型选择：

由GPU多线程完成当前帧图像各个CTU的语法元素转换、二进制化和上下文模型选择处理任务；设在此运算之前，已在GPU中完成包括将当前帧图像划分成M个CTU，M为一帧图像中所包含的CTU个数；对各个CTU的预测、变换、量化及滤波重建，再在GPU上开设M个线程，一个线程负责完成一个CTU的CABAC模块1的处理任务，M个线程并行处理；

(3)CABAC模块2的任务为算术编码：

在CPU端开设CPU主线程和CPU从线程两个线程，CPU主线程用于调度和管理GPU多线程与CPU从线程，CPU从线程用于完成CABAC模块2的处理任务；CPU主线程对GPU多线程和CPU从线程的调度方案如下：

在同一时间中分配GPU多线程处理当前帧的图像数据，包括对当前帧进行预测、变换、量化、滤波重建以及CABAC模块1的计算，CPU从线程处理前一帧经过GPU多线程完成CABAC模块1后的码流数据；当CPU设备中具备双核以上的CPU处理器时，将CPU主线程和CPU从线程映射到两个CPU核上，使两个线程并行工作。

2.根据权利要求1所述的并行方法，其特征在于如下步骤，

步骤1：由CPU主线程对GPU多线程发调度指令，对分块后的第1帧图像进行帧内预测、变换、量化及滤波重建等处理，产生分割模式、预测模式、像素残差等待编码数据；结束时向CPU主线程发结束标志；CPU主线程接到GPU发来的结束标志，对GPU多线程发调度指令执行CABAC模块1；在CABAC模块1中，首先对得到的待编码数据以CTU为单元进行划分，按照HEVC中的CABAC算法原理对每一个CTU单元的待编码数据进行语法元素转换，按光栅扫描顺序存储各个CTU的语法元素；一个GPU线程处理一个CTU单元，N_CTU个线程并行处理；对得到的各个CTU的语法元素按照HEVC中的CABAC算法原理进行二进制化处理，产生以CTU为单元的二进制化预编码码流；一个GPU线程处理一个CTU单元，N_CTU个线程并行；对得到的二进制化预编码码流以CTU为单元按照HEVC中的CABAC进行上下文模型选择，存储上下文模型选择结果；一个GPU线程处理一个CTU单元，N_CTU个线程并行处理；结束时向CPU主线程发送结束标志；其中，N_CTU为当前一帧图像所包含的CTU个数；

步骤2：CPU主线程接到GPU发来的结束标志，将在步骤1中得到的二进制化预编码码流和上下文模型的选择结果取到CPU中；

步骤3：CPU主线程开启CPU从线程，并分别向CPU从线程和GPU多线程发调度指令、启动CPU从线程和GPU多线程；CPU从线程对步骤2中得到的第1帧图像的二进制化预编码码流和上下文模型选择结果进行编码运算；结束时向CPU主线程发结束标志；GPU多线程对第2帧图像进行帧间预测、变换、量化及滤波重建等处理，产生分割模式、运动矢量误差、像素残差等待编码数据；结束时向CPU主线程发结束标志；CPU主线程接到GPU发来的结束标志，对GPU发调度指令执行CABAC模块1；在GPU端的CABAC模块1中，首先对得到的第2帧图像的待编码数据以CTU为单元进行划分，按照HEVC中的CABAC算法原理对每一个CTU单元的待编码数据进行语法元素转换，按光栅扫描顺序存储各个CTU的语法元素；一个GPU线程处理一个CTU单元，N_CTU个线程并行处理；GPU多线程对得到的图像语法元素按照HEVC中的CABAC算法原理进行二进制化处理，产生以CTU为单元的二进制化预编码码流；一个GPU线程处理一个CTU单元，N_CTU个线程并行；GPU多线程对得到的二进制化预编码码流以CTU为单元按照HEVC中的CABAC算法原理进行上下文模型选择，存储上下文模型选择结果；一个GPU线程处理一个CTU单元，N_CTU个线程并行；结束时向CPU主线程发送结束标志；

步骤4：CPU主线程接到CPU从线程发来的结束标志和GPU多线程发来的结束标志后，将在步骤3中得到的二进制化预编码码流和上下文模型选择结果取到CPU中；分别向CPU从线程和GPU多线程发调度指令，按照步骤3执行，分别由CPU从线程完成对第2帧图像进行编码运算、GPU多线程完成分配给GPU端的对第3帧图像的处理任务；

步骤5：设执行到第k帧，2≤k≤N；按照步骤4分别由CPU从线程完成对第k-1帧图像进行算术编码(CABAC模块2)运算、GPU多线程完成分配给GPU端的对第k帧图像的处理任务；

步骤6：CPU主线程接到CPU从线程发来的完成第N-1帧CABAC模块2的结束标志和GPU多线程发来的完成第N帧的CABAC模块1的结束标志，对CPU从线程发调度指令执行对第N帧图像的CABAC模块2的处理，整个视频序列的CABAC编码过程结束。