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Méthodologie parallèle hybride appliquée au décodage H.264/MPEG-4 AVC supportant la résolution HD sur un processeur DSP asynchrone multicoeurs

Catudal, Serge (2012). Méthodologie parallèle hybride appliquée au décodage H.264/MPEG-4 AVC supportant la résolution HD sur un processeur DSP asynchrone multicoeurs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans le domaine de la téléphonie mobile, la vidéoconférence est une application dont l’adoption est de plus en plus grande. Afin que les fournisseurs de téléphonie mobile puissent rendre accessible une solution unifiée et standardisée de vidéoconférence à un plus grand marché de masse, ceux-ci doivent se tourner vers des solutions plus performantes, flexibles, abordables et consommant moins de puissance. Les nouvelles passerelles média tirent maintenant avantage de processeurs DSP plus performants basés sur des architectures multicoeurs. Pour tirer avantage de ces processeurs DSP, il faut que les implémentations des algorithmes y étant exécutées soient distribuées sur plusieurs coeurs. Un de ces algorithmes est le décodeur provenant de la spécification H.264/MPEG-4 AVC.

Dans ce mémoire, nous proposons une nouvelle solution au décodage en parallèle H.264/MPEG-4 AVC avec profil de base. Cette nouvelle solution tire avantage de l’architecture du processeur DSP asynchrone multicoeurs OCT1010. Cette solution se démarque de celles que l’on retrouve dans la littérature principalement parce qu’il s’agit de la première méthodologie parallèle hybride appliquée au décodage vidéo sur un processeur DSP multicoeurs. La solution proposée utilise plusieurs concepts d’extensibilités, plus particulièrement par l’entremise d’un mécanisme d’abstraction de la résolution et par l’entremise d’un mécanisme de synchronisation et d’intercommunication générique extensible en fonction du nombre de coeurs disponibles sur un processeur DSP. De plus, nous proposons, dans ce mémoire, un nouvel algorithme pour améliorer le temps d’exécution de la quatrième étape du décodage de l’entropie de type CAVLC, soit l’extraction du nombre total de zéros à l’intérieur d’un bloc 4x4.

Notre implémentation du décodeur H.264/MPEG-4 AVC, basée sur la solution proposée, a été testée à l’aide de 7 séquences vidéo encodées sous différentes résolutions utilisant différents débits d’encodage. Nos résultats de simulations démontrent que la nouvelle solution au décodage en parallèle H.264/MPEG-4 AVC sur le processeur DSP OCT1010 atteint les contraintes de temps réel pour le domaine de la téléphonie mobile pour les applications de vidéoconférences. En effet, la solution proposée par ce mémoire appliquée sur 11 coeurs DSP pour la résolution HD 720p possède un temps d’exécution représentant 130% des contraintes de temps réel comparativement à 18% pour une implémentation séquentielle n’utilisant qu’un seul coeur DSP, ce qui représente un gain d’accélération moyen de 7.3 pour le temps de décodage.

Titre traduit

Parallel hybrid methodology applied to H.264/MPEG-4 AVC decoding supporting HD resolution on an asynchronous multicore DSP processor

Résumé traduit

In the field of mobile telephony, the adoption rate of the videoconferencing application is currently growing at a fast pace. In order for mobile phone providers to make a unified and standardized videoconferencing application available to a wider mass market, they must turn to more efficient, flexible, affordable and less power consuming solutions. New media gateways are now taking advantage of more powerful DSP-based multicore architectures. To take advantage of these DSP processors, the implementations of algorithms executed on these processors require to be distributed across multiple cores. One of these algorithms is the decoder from the H.264/MPEG-4 AVC specification.

In this master’s thesis, we propose a new solution to parallel decoding applied to the H.264 baseline profile specification. This new solution takes advantage of the OCT1010 asynchronous multicore DSP processor architecture. This solution differs from those found in the literature mainly because it is the first parallel hybrid methodology applied to video decoding using a multicore DSP processor. The new solution proposed in this master‘s thesis uses several concepts of extensibility, especially through a resolution abstraction mechanism and on a generic and scalable intercommunication and synchronization mechanism that is based on the number of cores available on a DSP processor. In addition, we propose a new algorithm that improves the execution time of the fourth stage of the CAVLC entropy decoding algorithm which extracts of the total number of zeros inside a 4x4 block.

Our implementation of the H.264/MPEG-4 AVC decoder, based on this solution, was tested using 7 video sequences encoded with different resolutions using different encoding bitrates. Our simulation results demonstrate that our new solution to parallel decoding applied to the H.264/MPEG-4 AVC decoder on an OCT1010 DSP processor meets real time constraints needed in the field of mobile applications for videoconferencing. Indeed, the solution proposed in this master‘s thesis applied to 11 DSP cores for the 720p HD resolution has a running time representing 130% of real time constraints compared to 18% for a sequential implementation using only one single DSP core. This represents a mean decoding time acceleration gain of 7.3.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie des technologies de l'information". Bibliographie : pages 151-153.
Mots-clés libres: Téléphones cellulaires. Visioconférences. Vidéo numérique Normes. Traitement du signal Techniques numériques Appareils et matériel. Parallélisme (Informatique) Circuits asynchrones. Réseaux d'ordinateurs Extensibilité. multicoeur, décodage parallèle, CAVLC, H.264, vidéo mobile, vidéoconférence
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Coulombe, Stéphane
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 17 sept. 2015 14:33
Dernière modification: 30 nov. 2015 19:31
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1042

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