A Novel Wavefront-Based High Parallel Solution for HEVC Encoding
A Novel Wavefront-Based High Parallel Solution for HEVC Encoding
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一种新颖的基于波前的 HEVC 编码高并行解决方案
DOI：
10.1109/tcsvt.2015.2418651
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发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Zongming Guo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Keji Chen;Jun Sun;Yizhou Duan;Zongming Guo
随着大量增强编码工具的引入，高效视频编码（HEVC）以增加计算复杂度为代价实现了编码效率的显著提高。为了有效地减少HEVC的编码时间，本文提出了一种基于波前的高并行（WHP）解决方案，该解决方案集成了新颖的数据级和任务级方法。在数据层上，为增强型编码工具设计了优化的单指令多数据算法，通过减少指令周期的加法和移位操作来代替运动补偿中的乘法，通过系数的重新对准来去除变换中的转置，以及通过完全重用寄存器来最小化绝对差之和/平方差之和计算中的存储器访问。在任务级，通过有效降低波前并行处理（WPP）的依赖性，提出了一种新的帧间波前（IFW）方法。此外，本文还提出了一种编码树块级并行性分析方法，证明了IFW方法相对于HEVC代表性并行方法的上级优越性。此外，提出了一种三级线程管理方案，以充分利用IFW方法的并行性，实现相应的编码加速比。大量的实验结果表明，WHP整体方案在保持WPP编码性能的同时，对Wide Video Graphics Array、720 p和1080 p标准测试序列的HEVC编码分别带来了57.65\times $、65.55\times $和88.17\times $的加速比。该解决方案还应用于中国多家领先的视频公司，每天为超过130万用户提供HEVC视频服务。
With a lot of enhanced coding tools introduced, High Efficiency Video Coding (HEVC) achieves significant improvement in coding efficiency at the cost of increased computational complexity. To efficiently reduce the encoding time of HEVC, a wavefront-based high parallel (WHP) solution integrating novel data-level and task-level methods is proposed in this paper. On data level, optimal single-instruction-multiple-data algorithms are designed for the enhanced coding tools, i.e., replacing the multiplication in motion compensation by add and shift operations with reduced instruction cycles, removing the transpose in transform via realignment of coefficients, and minimizing the memory access in sum of absolute difference/sum of squared differences calculation by fully reusing the registers. On task level, a novel inter-frame wavefront (IFW) method is developed by effectively decreasing the dependence of wavefront parallel processing (WPP). In addition, a coding tree block level parallelism analysis method is presented to prove the superior of IFW method compared with other HEVC representative parallel methods. Besides, a three-level thread management scheme is proposed to best exploit the parallelism of IFW method and achieve corresponding encoding speedup. Extensive experimental results show that, the overall WHP solution can bring up to $57.65\times $ , $65.55\times $ , and $88.17\times $ speedup for HEVC encoding of Wide Video Graphics Array, 720p and 1080p standard test sequences, while maintaining the same coding performance as with WPP. The proposed solution is also applied in several leading video companies in China, providing HEVC video service for more than 1.3 million users everyday.
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DOI：
10.1007/s11265-008-0256-9
发表时间：
2009-11
期刊：
Journal of Signal Processing Systems
影响因子：
--
作者：
C. Meenderinck;A. Azevedo;B. Juurlink;Mauricio Alvarez;Alex Ramírez
通讯作者：
C. Meenderinck;A. Azevedo;B. Juurlink;Mauricio Alvarez;Alex Ramírez
DOI：
10.1109/tcsvt.2009.2031523
发表时间：
2009-11
影响因子：
8.4
作者：
F. Seitner;M. Bleyer;M. Gelautz;Ralf M. Beuschel
通讯作者：
F. Seitner;M. Bleyer;M. Gelautz;Ralf M. Beuschel
DOI：
10.1109/tcsvt.2012.2221192
发表时间：
2012-12-01
影响因子：
8.4
作者：
Ohm, Jens-Rainer;Sullivan, Gary J.;Wiegand, Thomas
通讯作者：
Wiegand, Thomas
DOI：
10.1117/12.476234
发表时间：
2003-05
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
Erik B. van der Tol;E. Jaspers;R. Gelderblom
通讯作者：
Erik B. van der Tol;E. Jaspers;R. Gelderblom
DOI：
10.1016/j.jvcir.2005.05.004
发表时间：
2006-04
期刊：
J. Vis. Commun. Image Represent.
影响因子：
--
作者：
Yen-kuang Chen;E. Li;Xiaosong Zhou;Steven Ge
通讯作者：
Yen-kuang Chen;E. Li;Xiaosong Zhou;Steven Ge