Massively parallel rate-constrained motion estimation for high efficiency video coding

Résumé

Ces dernières années, la demande pour les vidéos de haute qualité a augmenté et motive l’amélioration des technologies de compression vidéo. Le codage vidéo à haute efficacité (HEVC) est le plus récent de telles avancées et permet de réduire le débit de moitié par rapport à H.264/AVC pour la même qualité. Cette amélioration est accompagnée d’une complexité de calculs beaucoup plus élevée au codeur, rendant difficile le déploiement de HEVC pour des applications typiques. Utiliser des architectures hétérogènes est une approche reconnue pour réduire le temps d’exécution des algorithmes complexes. Cependant, HEVC n’est pas conçu pour être exécuté sur des architectures massivement parallèles. Cette recherche vise à étudier la parallélisation à granularité fine de l’estimation de mouvement avec contrainte de débit représentant la partie la plus complexe du codeur HEVC. Dans ce projet, nous étudions les outils parallèles existants dans HEVC et dans la literature pour permettre des implémentations parallèles de HEVC. Les inconvénients des methods existantes sont discutés. Nous proposons ensuite un cadre parallèle flexible et efficace en deux étapes. La proposition fournit une très grande granularité de parallélisme adaptée aux architectures hétérogènes. En outre, pour réduire la perte de performance débit-distorsion (RD) causée par la rupture de la dépendance des données, nous proposons une approche d’estimation de mouvement à prédicteurs multiples, dont une méthode à prédicteurs temporels multiples. Nos résultats expérimentaux montrent que notre méthode permet d’améliorer le Bjøntegaard-Delta Rate (BD-Rate) de 1.44% en moyenne comparée à la méthode parallèle de reference rate-constrained motion estimation (RCME) avec un prédicteur et de 0.92% comparée à une méthode compétitive de l’état de l’art utilisant la moyenne des prédicteurs. De plus, selon les spécifications matérielles de l’unité de traitement graphique (GPU), une méthode de recherché innovante est proposée pour exploiter la puissance des GPUs plus efficacement. Le temps d’exécution du processus d’encodage entier est réduit de 40% comparé à l’algorithme RCME le plus rapide. Les résultats de cette recherche devraient conduire à une architecture améliorée pour les encodeurs HEVC permettant d’exploiter la puissance de calcul des architectures multicoeurs massivement parallèles pour augmenter la vitesse tout en préservant les performances RD.

Date	1 juin 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Stéphane Coulombe (Directeur(-trice)) & Carlos Vázquez (Codirecteur(-trice))