使用CUDA技术提高数字电视台标插入系统效率的研究与开发

论文摘要

随着电视广播数字化工作的深入,客户对台标插入设备的性能价格比提出了更高的要求。现有台标插入系统单台设备处理能力较低,性价比不能满足市场竞争的要求。GPU具有数百个甚至更多的流处理器,拥有强大的并行处理能力。使用GPU可以有效地提高台标插入系统的单台设备处理能力,提高性价比,增强设备的市场竞争力。本文介绍了如何通过CUDA并行运算技术,利用显卡上的GPU加速数字电视台标插入系统。要实现这一目的,需要将部分CPU程序移植转换为GPU程序,并使两者能够高效协同工作。为此本文讨论了依据CPU和GPU计算能力的优势不同,确定程序移植的范围的方法。介绍了兼顾实时性要求和GPU流处理器负载充分要求确定GPU程序的处理粒度的方法。介绍了在兼顾效率与灵活性的原则下,定义CPU程序和GPU程序之间的接口、划分程序模块的过程。讨论了解决移植过程遇到的如GPU程序语法兼容性、内存指针处理和编译器的代码体积限制等技术问题的方法。介绍了在程序优化中使用负载分配调整,数据传递方式调整等方法提高程序性能的过程。通过GPU加速技术,可以使原有系统在不增加硬件成本的情况下,大约达到原有系统2倍以上的处理能力,有效地降低了成本,提高了竞争优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 数字电视的迅速发展
• 1.1.2 台标插入的作用
• 1.1.3 问题的提出和解决方案
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 GPU 并行计算的应用
• 1.2.2 GPU 运算的发展历史
• 1.2.3 其它公司台标插入系统
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 软件产品的现状
• 2.1 项目的历史
• 2.2 系统的工作原理及其特点
• 2.3 项目的后续改进
• 2.4 项目适合使用CUDA 技术加速
• 第三章 系统设计
• 3.1 移植范围的确定
• 3.1.1 台标插入系统主要处理流程
• 3.1.2 移植的原则和范围
• 3.2 CUDA 程序的处理粒度
• 3.2.1 CUDA 程序的基本调度原则
• 3.2.2 MPEG2 的结构和处理颗粒度的确定
• 3.3 接口的定义与模块的划分
• 3.3.1 CUDA 程序与原有代码结合的形式
• 3.3.2 调用接口的定义
• 3.3.3 模块的划分
• 3.3.4 数据的交换和线程协作
• 第四章 代码移植
• 4.1 移植工作的基本步骤
• 4.2 移植过程中遇到CUDA 程序的语法兼容问题
• 4.2.1 函数指针问题
• 4.2.2 宏定义的问题
• 4.2.3 全局函数问题在同一个文件的问题
• 4.3 CUDA 编译器的局限性问题
• 4.3.1 程序优化
• 4.3.2 跳转减小体积
• 4.3.3 分多个DLL
• 4.4 内存和内存指针的调整
• 4.4.1 数据初始化
• 4.4.2 调整内存指针
• 第五章 代码调试
• 5.1 调试环境的搭建
• 5.1.1 两种调试方式
• 5.1.2 迁移SDK 版本
• 5.1.3 调试环境的要求与设置
• 5.2 调试过程
• 5.2.1 程序输出
• 5.2.2 对比调试
• 5.2.3 多线程调试
• 5.2.4 异常处理
• 5.3 编译问题
• 5.3.1 优化开关的影响
• 5.3.2 编译选项的影响
• 第六章 系统性能优化
• 6.1 CUDA 执行的时间统计方法
• 6.1.1 使用cutil.h 中函数的统计方法
• 6.1.2 time.h 中的clock 函数的统计方法
• 6.1.3 事件event 的统计方法
• 6.2 通过负载分配调整优化性能
• 6.3 数据传递和编译优化
• 6.3.1 数据传递优化
• 6.3.2 优化编译选项
• 6.4 运行效率与比较
• 第七章 总结回顾
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢