Optimizations for real-time implementation of H264/AVC video encoder on DSP processor

International audienceReal-time H.264/AVC high definition video encoding represents a challenging workload to most existing programmable processors. The new technologies of programmable processors such as Graphic Processor Unit (GPU) and multicore Digital signal Processor (DSP) offer a very promising solution to overcome these constraints. In this paper, an optimized implementation of H264/AVC video encoder on a single core among the six cores of TMS320C6472 DSP for Common Intermediate Format (CIF) (352x288) resolution is presented in order to move afterwards to a multicore implementation for standard and high definitions (SD,HD).Algorithmic optimization is applied to the intra prediction module to reduce the computational time. Furthermore, based on the DSP architectural features, various structural and hardware optimizations are adopted to minimize external memory access. The parallelism between CPU processing and data transfers is fully exploited using an Enhanced Direct Memory Access controller (EDMA). Experimental results show that the whole proposed optimizations, on a single core running at 700 MHz for CIF resolution, improve the encoding speed by up to 42.91%. They allow reaching the real-time encoding 25 f/s without inducing any Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) degradation or bit-rate increase and make possible to achieve real time implementation for SD and HD resolutions when exploiting multicore features

Optimization of scientific algorithms in heterogeneous systems and accelerators for high performance computing

Actualmente, la computación de propósito general en GPU es uno de los pilares básicos de la computación de alto rendimiento. Aunque existen cientos de aplicaciones aceleradas en GPU, aún hay algoritmos científicos poco estudiados. Por ello, la motivación de esta tesis ha sido investigar la posibilidad de acelerar significativamente en GPU un conjunto de algoritmos pertenecientes a este grupo. En primer lugar, se ha obtenido una implementación optimizada del algoritmo de compresión de vídeo e imagen CAVLC (Context-Adaptive Variable Length Encoding), que es el método entrópico más usado en el estándar de codificación de vídeo H.264. La aceleración respecto a la mejor implementación anterior está entre 2.5x y 5.4x. Esta solución puede aprovecharse como el componente entrópico de codificadores H.264 software, y utilizarse en sistemas de compresión de vídeo e imagen en formatos distintos a H.264, como imágenes médicas. En segundo lugar, se ha desarrollado GUD-Canny, un detector de bordes de Canny no supervisado y distribuido. El sistema resuelve las principales limitaciones de las implementaciones del algoritmo de Canny, que son el cuello de botella causado por el proceso de histéresis y el uso de umbrales de histéresis fijos. Dada una imagen, esta se divide en un conjunto de sub-imágenes, y, para cada una de ellas, se calcula de forma no supervisada un par de umbrales de histéresis utilizando el método de MedinaCarnicer. El detector satisface el requisito de tiempo real, al ser 0.35 ms el tiempo promedio en detectar los bordes de una imagen 512x512. En tercer lugar, se ha realizado una implementación optimizada del método de compresión de datos VLE (Variable-Length Encoding), que es 2.6x más rápida en promedio que la mejor implementación anterior. Además, esta solución incluye un nuevo método scan inter-bloque, que se puede usar para acelerar la propia operación scan y otros algoritmos, como el de compactación. En el caso de la operación scan, se logra una aceleración de 1.62x si se usa el método propuesto en lugar del utilizado en la mejor implementación anterior de VLE. Esta tesis doctoral concluye con un capítulo sobre futuros trabajos de investigación que se pueden plantear a partir de sus contribuciones