멀티코어 프로세서 아키텍쳐에서의 H.264 디코더의 쓰레드 레벨 병렬화

Abstract

최근 들어 멀티미디어 관련 응용 소프트웨어가 컴퓨터 시스템에서 상당한 자원을 소비하고 되었다. 그 중에서도 비디오 디코더는 실시간성이 보장되어야 하는 특징과 높은 연산량으로 인해 컴퓨터 시스템의 자원을 소비하는 주요한 애플리케이션이다. 특히 H.264/AVC는 최신 비디오 코덱으로 다른 코덱에 비해 화질 대비 뛰어난 압축률을 보이며 대신에 연산량이 기존의 코덱에 비해 상당히 많다. H.264가 점점 널리 쓰이고 있는 와중에 프로세서는 점점 멀티코어가 확산되고 있다. H.264 역시 멀티코어 위에서 동작 하게 될 것이다. H.264는 매우 연산량이 많은 애플리케이션이므로 멀티코어 프로세서의 코어들을 충분히 활용해야 한다. 그러나 별도의 병렬화 작업을 하지 않으면 H.264는 한 시점에 한 코어에서 순차적으로 동작 한다. 이런 상황을 피해서 H.264가 여러 코어에서 병렬적으로 동작하게 하기 위해 H.264를 multi-thread로 동작 시켜야 한다. 여러 논문에서 H.264를 multi-thread로 멀티코어에서 동작하도록 하기 위한 연구들이 행해 졌다. 그러나 기존의 연구들에서는 기존의 연구들 중에는 entropy decoding 연산이 병렬적으로 처리되도록 구현된 사례가 없었다. 그러므로 본 논문에서는 entropy decoding 연산을 병렬적으로 처리되도록 하였고 실험 결과 성능이 향상되었음이 확인되었다. 또한 기존의 연구에서는 Multi threading을 좀 더 손쉽게 구현해주도록 도와주는 도구인 OpenMP를 비디오 decoder에 적용했을 때 성능이 오히려 나빠졌으나 본 논문에서는 OpenMP를 H.264 decoder에 적용하여 성능향상을 보였다.; In recent days, multimedia applications consume considerable computer system resource. Among them, video decoders consume lots of computer system resource because of its high computational complexity and real-time constraint. H.264/AVC decoder which provides high coding efficiency, especially, has higher computational complexity than previous video coding standards such as H.263 and previous versions of MPEG-4. At the same time, multi-core processors have been replaced single-core processors. In multi-core processor system, sequential software such as H.264/AVC decoder has to be parallelized for using whole core of multi-core processor. H.264/AVC decoder has many data dependencies, so there were some researches that parallelize H.264/AVC decoder with considering those data dependencies. However, each parallel region of these researches does not contain the entropy decoder. It limits the advantage of parallelization of H.264/AVC decoder according to Amdahl’s law. This paper proposes a method that contains entropy decoder in the parallel region. The results show that this method decreases processing time of parallelized H.264/AVC decoder. In addition, this paper uses OpenMP to implement parallelization. When OpenMP is used to parallelize video decoder in previous researches, processing time increases instead of being reduced. However, results of this paper show improved performance of video decoder which is parallelized with OpenMP.