GPU视频编解码

一视频编解码基础

1.1识别编码流程

视频编解码流程

1.2 YUV颜色空间

YCbCr通常是YUV的同义词，Y为明度(luma)，CbCr为色度(chroma)，Cb为 蓝色分量，Cr为红色分量。

颜色空间转换公式：

–      RGB转YUV

•      y = [0.299,0.587,0.114] *[r,g,b]’

•      u = [-0.147,-0.289,0.436] *[r,g,b]’ + 128

•      v = [0.615,-0.515,-0.100] *[r,g,b]’ + 128

–      YUV转RGB

•      r = y + 1.371 * (v-128)

•      g = y - 0.338 * (u-128) - 0.698* (v-128)

•      b = y + 1.732 * (u-128)

 

1.3 YUV采样比例与内存布局

YUV444平面格式：各分量依次连续存储，无交叉

•       采样比例

–      人眼对颜色敏感度低于明度，因此UV分量可被亚采样

–      4:2:0 横向1/2，纵向1/2

–      4:2:2 横向1/2，纵向1/1

•       4:2:0采样下的内存布局

–      I420(IYUV)：YUV分别连续存储（右图）

–      YV12：YVU分别连续存储

–      NV12（推荐格式）：Y连续存储，UV交错（右图）

–      NV21：Y连续存储，VU交错

 

1.4、H264文件分析

•       帧类型

–      I帧：独立图片

–      P帧：参考前向图片

–      B帧：参考双向图片

•       帧的序号

–      流序号(streamorder)：帧在流中的次序。该次序保证每帧的解码只依赖前面已出现的帧

–      显示序号(displayorder)：图像正常行进的次序

•       元数据：SPS/PPS

–      包含对流正确解码所需要的元信息

–      如图像大小，采样比例

 

二：NVIDIA GPU 编解码视频

2.1 支持硬件编解码的GPU

•       服务器显卡：GRID系列

–      K1/K2/K340/K520/M60/

–      单GPU编码速度：M60 =2.6 x K340，K340 = 1.5 x K1（单GPU芯片）

•       桌面显卡：Quadro系列

–      K5000/M5000

–      单GPU编码速度：M5000 =M60 = 4 x K5000 (K1)

•       桌面显卡：GeForce系列，编码限并发2路

2.2 视频编解码 GPU API

•       NVENC: 通用的底层API

–      可灵活控制所有编码参数

–      可与CUDA/DX互操作

•       GRID: 游戏视频流化API

–      面向DX/OGL游戏整合

–      接口简单，易于使用

 

 

 

2.3 GPU 硬编码NVENC（已经集成到ffmpeg）

•       输入

–      格式：仅支持YUV平面格式，包括IYUV(I420),YV12, NV12, YUV444

–      载体：主存/CUDA设备内存/D3D9surface

•       输出

–      H264, H265(即HEVC，仅GM2xx芯片支持)

–      载体：主存

NVENC编码H264的编码参数：

•       码率

–      码流的平均每秒比特数

•       码率控制

–      CBR/VBR/CONSTQP

–      QP (体现量化步长)

•       Profile

–      编解码所使用的工具集合

•       预设

 

2.4 GPU视频硬解码NVCUVID

•       支持硬件

–      全部NV显卡，无使用限制

–      单GPU解码速度：GM2xx = 3 x GK1xx

•       输入格式

–      H264, MPEG-2

•       输出格式

–      NV12

2.5 复用和解复用

•       媒体容器格式（mp4;avi;flv;）

•       复用/解复用

•       复用/解复用工具：FFmpeg

 

三、ffmpeg

3.1、ffmpeg

ffmpeg是一套可以用来记录、转换数字音频、视频，并能将其转化为流的开源计算机程序。ffmpeg 中只包含了GPU的硬编码，nvenc。

3.2、Nvidia GPU解码

如果需要将GPU的硬解码加入到ffmpeg需要自己编写解码程序nvcuvid，具体编写可参考NV的视频编解码Sample,然后放到目录libavcodec下，并修改部分文件。如下要修改的文件：

•       configure,

•       libavcodec/allcodecs.c

•       libavcode.c/Makefile.c

•       libavfilter/allfilters.c

•       libavfilter/Makefile

 

四、视频测试

4.1性能测试

         GPU性能测试有编码模式有HP，HQ，HP是性能较高，但是图像质量较差，HQ 是性能较差，编码的质量好。

4.2编码质量测试

名词解释：PSNR：峰值信噪比（PSNR），一种评价图像的客观标准，PSNR值越大，就代表失真越少。

目前GPU的硬编码质量与软编码有较大差距。

测试方法：

1、  使用GPU 的sample中的nvenc编码原始的YUV视频，生成H264视频文件。

2、  使用ffmpeg软件解码H264文件生成新的YUV视频文件。

使用软件Elecard测试原始的YUV与新生成的YUV视频文件，得到平均PSNR值。
--------------------- 
原文：https://blog.csdn.net/Mrhiuser/article/details/50824648