I. Tổng quan về đề tài
Luận văn thạc sĩ tập trung vào việc tăng tốc mã hóa video đa hướng nhìn trong lĩnh vực khoa học máy tính. Với sự phát triển của các ứng dụng video 3D và công nghệ đa phương tiện, nhu cầu xử lý dữ liệu video lớn từ nhiều góc nhìn ngày càng tăng. Đề tài này nhằm giải quyết thách thức về thời gian mã hóa bằng cách áp dụng các thuật toán mã hóa cải tiến và lập trình song song với sự hỗ trợ của GPU.
1.1 Hình thành vấn đề
Sự gia tăng của các ứng dụng video đa hướng nhìn như truyền hình 3D, trò chơi điện tử 3D, và hội thảo qua mạng đòi hỏi xử lý dữ liệu lớn từ nhiều camera. Việc mã hóa video đa hướng nhìn đòi hỏi thời gian xử lý dài, đặc biệt trong các ứng dụng thời gian thực. Đề tài này tập trung vào việc giảm thời gian mã hóa bằng cách tối ưu hóa các thuật toán mã hóa và áp dụng công nghệ CUDA để tận dụng sức mạnh tính toán của GPU.
1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài là tối ưu hóa mã hóa video bằng cách cải tiến thuật toán và áp dụng lập trình song song với GPU. Phương pháp nghiên cứu bao gồm khảo sát các kỹ thuật mã hóa hiện có, hiện thực các giải thuật cải tiến trên phần mềm JMVC, và đánh giá hiệu suất thông qua các tiêu chí như thời gian mã hóa, tỉ lệ nén, và chất lượng video.
II. Cơ sở lý thuyết
Phần này trình bày các kiến thức nền tảng về mã hóa video đơn hướng nhìn và đa hướng nhìn, cùng với chuẩn H.264/MPEG-4 AVC. Ngoài ra, đề tài cũng giới thiệu về công nghệ CUDA và cách thức áp dụng tính toán song song để tăng tốc quá trình mã hóa.
2.1 Mô hình mã hóa video
Mã hóa video bao gồm hai quá trình chính: mã hóa và giải mã. Các kỹ thuật mã hóa khai thác sự dư thừa trong miền thời gian và không gian để giảm kích thước dữ liệu. Đối với video đa hướng nhìn, sự dư thừa còn xuất hiện giữa các góc nhìn khác nhau, đòi hỏi các phương pháp mã hóa phức tạp hơn.
2.2 Chuẩn H.264 và JMVC
Chuẩn H.264/MPEG-4 AVC là một trong những chuẩn mã hóa video tiên tiến nhất, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đa phương tiện. JMVC là phiên bản mở rộng của H.264 dành cho video đa hướng nhìn, được phát triển bởi Joint Video Team (JVT). Tuy nhiên, hiệu suất của JMVC còn hạn chế, đòi hỏi các cải tiến để tăng tốc quá trình mã hóa.
III. Phương pháp đề xuất
Đề tài đề xuất các phương pháp tối ưu hóa mã hóa bằng cách cải tiến thuật toán và áp dụng lập trình song song với GPU. Các kỹ thuật như sử dụng vùng nhớ toàn cục, vùng nhớ hằng số, và streaming được áp dụng để tăng hiệu suất xử lý.
3.1 Cải tiến thuật toán
Các thuật toán mã hóa được cải tiến để giảm thời gian xử lý, đặc biệt trong quá trình dự đoán chuyển động và biến đổi DCT. Việc tối ưu hóa các bước này giúp giảm đáng kể thời gian mã hóa mà vẫn đảm bảo chất lượng video.
3.2 Lập trình song song với GPU
Công nghệ CUDA được sử dụng để tận dụng sức mạnh tính toán của GPU. Các quá trình xử lý độc lập được thực hiện song song, giúp tăng tốc đáng kể thời gian mã hóa. Các kỹ thuật như sử dụng vùng nhớ pinned và truyền dữ liệu streaming được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất.
IV. Kết quả và đánh giá
Kết quả thực nghiệm cho thấy việc áp dụng các phương pháp đề xuất giúp giảm đáng kể thời gian mã hóa mà vẫn duy trì chất lượng video và tỉ lệ nén. Các đánh giá được thực hiện trên nhiều tập dữ liệu video khác nhau, với các tiêu chí như thời gian mã hóa, bitrate, và PSNR.
4.1 Đánh giá hiệu suất
Kết quả cho thấy thời gian mã hóa giảm đáng kể khi áp dụng lập trình song song với GPU. Các kỹ thuật cải tiến thuật toán cũng giúp tăng hiệu suất mã hóa mà không ảnh hưởng đến chất lượng video.
4.2 So sánh với các phương pháp hiện có
So sánh với các phương pháp mã hóa truyền thống, phương pháp đề xuất cho thấy sự cải thiện rõ rệt về thời gian mã hóa và hiệu suất xử lý. Điều này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp được đề xuất trong đề tài.
V. Kết luận và hướng phát triển
Luận văn đã thành công trong việc tăng tốc mã hóa video đa hướng nhìn bằng cách kết hợp cải tiến thuật toán và lập trình song song với GPU. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất mã hóa. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm tối ưu hóa thêm các thuật toán và mở rộng ứng dụng cho các chuẩn mã hóa mới.
