硬件编码工具简介

Myth丶恋晨 2022-09-28 11:37 442阅读 0赞

## Intel Media SDK ##

Intel Media SDK可以利用Intel平台的一系列处理器为视频编解码和预处理应用提供硬件加速。除支持硬件编码外，Intel Media SDK在无法实现硬件加速的平台上也提供仅利用CPU的软编功能。

### 项目网址： ###

https://software.intel.com/en-us/media-client-solutions

### 支持的硬件： ###

配有Intel HD集成显卡的第三代、第四代及更高的Intel Core处理器；和少数配有支持Intel Quick Sync Video技术集成显卡的Celeron、Pentium、Atom处理器

### 支持的操作系统： ###

Windows 7 ，Windows 8 ，Windows 8.1，[Linux][]

### 支持的编码和解码格式： ###

HEVC，H.264，MPEG2，VC1，JPEG

### 扩展性： ###

可与ffmpeg整合

### 性能测试 ###

#### 测试1：1080P高清转码测试 ####

使用Intel Media SDK的多路转码示例程序(sample\_multi\_transcode.exe)，该程序支持多个输入流和输出流，即可以同时执行多个转码会话。测试环境如下所示  
操作系统 ：Microsoft Windows 7 Professional 64-bit  
CPU ：Intel®Xeon E3-1275V2  
内存 ：Kingstone DDR3 1333MHz 8GB SDRAM  
显卡 ：Intel® HD Graphics G4000  
  
将一个分辨率为1080p，时长10s，帧率30fps，MPEG-2编码的视频转码为H.264编码的视频，其余参数保持不变。使用硬件加速方法的测试结果如表1所示，采用软件方法的测试结果如表2所示（以红色显示的结果表示转码时间超过了播放时间，即不能实时转码）。  
  
通过对转码测试结果的比较，很明显，使用硬件的方法CPU的使用率非常低（约9%），而使用软件的方法则因为所有的转码都是由软件编码直接处理的，因此CPU使用率极高。

如果考虑实时转码的性能时，使用硬件的方法可以支持8个高清的转码流，而软件的方法只能支持1个高清转码流，并且当转码流的数量增至2个时，则需要长达23秒才能完成转码任务，这个处理时间远远大于被测视频剪辑播放持续的时间。

![Center][]

表 1: MPEG2.1080p 转 H264.1080p （使用硬件加速的方法）

![Center 1][]

表2：MPEG2.1080p 转H264.1080p （使用软件的方法）

#### 测试2：1080p转480p的分辨率下降转码测试 ####

使用Intel Media SDK的多路转码示例程序(sample\_multi\_transcode.exe)，该程序支持多个输入流和输出流，即可以同时执行多个转码会话。测试环境如下所示  
操作系统 ：Microsoft Windows 7 Professional 64-bit  
CPU ：Intel®Xeon E3-1275V2  
内存 ：Kingstone DDR3 1333MHz 8GB SDRAM  
显卡 ：Intel® HD Graphics G4000  
  
将一个分辨率为1080p，时长10s，帧率30fps，H.264编码的视频转码为分辨率为480p，其与参数不变的视频。使用硬件加速方法的测试结果如表3所示，使用软件方法的测试结果如表4所示（红色部分表示转码所需时间超出播放时间，即不能实时转码）。  
  
通过比较测试结果，很明显使用硬件的方法，CPU使用率远远再次低于使用软件的方法时CPU的使用率。  
  
同样的，对于实时转码性能，硬件的方法可以同时支持16个转码流(H264.1080p 转 H264.480p)，而软件的方法只能支持3个转码流。  
![Center 2][]

H264.1080p 转 H264.480p（使用硬件加速的方法）

![Center 3][]

H264.1080p 转 H264.480p（使用软件的方法）

#### 测试3：1080p高清压缩质量测试 ####

使用Intel Media SDK的编码示例程序(sample\_encode.exe)，该程序支持将YUV序列编码为H.264或其他格式的压缩码流。测试环境如下所示：  
操作系统 ：Microsoft Windows 8 Professional 64-bit  
CPU ：Intel®Core i7-4790 CPU@3.60GHz  
内存 ：Kingstone DDR3 1333MHz 4GB SDRAM  
显卡 ：Intel® HD Graphics 4600  
  
将分辨率为360p，720p，1080p，时长10s，帧率25fps的三个YUV序列分别使用ffmpeg的libx264库和Intel Media SDK压缩为不同码率的H.264序列，查看压缩生成序列的PSNR和SSIM值，比较压缩质量。  
  
通过比较测试结果，可以看到使用硬件加速方法进行编码在大幅提高速度的同时，还能基本保持良好的压缩质量，并且压缩码流的分辨率越高，越能体现出硬件加速的性能优势。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Resolution </td> 
 <td> Bitrate </td> 
 <td> Encode Time </td> 
 <td> PSNR </td> 
 <td> SSIM </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Seq1 </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 2.6Mbps </td> 
 <td> 3.56s </td> 
 <td> 37.11 </td> 
 <td> 0.984 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 2.6Mbps </td> 
 <td> 5.91s </td> 
 <td> 38.048 </td> 
 <td> 0.99 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 1.2Mbps </td> 
 <td> 1.02s </td> 
 <td> 35.421 </td> 
 <td> 0.97 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 1.2Mbps </td> 
 <td> 2.6s </td> 
 <td> 36.418 </td> 
 <td> 0.982 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 360p </td> 
 <td> 288k </td> 
 <td> 0.53s </td> 
 <td> 32.216 </td> 
 <td> 0.85 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 360p </td> 
 <td> 288k </td> 
 <td> 0.66s </td> 
 <td> 33.342 </td> 
 <td> 0.885 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Seq2 </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 2.6Mbps </td> 
 <td> 2.84s </td> 
 <td> 37.74 </td> 
 <td> 0.992 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 2.6Mbps </td> 
 <td> 5.59s </td> 
 <td> 38.823 </td> 
 <td> 0.995 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 1.2Mbps </td> 
 <td> 1.2s </td> 
 <td> 37.568 </td> 
 <td> 0.987 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 1.2Mbps </td> 
 <td> 2.1s </td> 
 <td> 39.496 </td> 
 <td> 0.994 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 360p </td> 
 <td> 288k </td> 
 <td> 0.52s </td> 
 <td> 36.079 </td> 
 <td> 0.935 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 360p </td> 
 <td> 288k </td> 
 <td> 0.52s </td> 
 <td> 38.212 </td> 
 <td> 0.961 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Seq3 </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 2.6Mbps </td> 
 <td> 2.11s </td> 
 <td> 28.952 </td> 
 <td> 0.909 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 2.6Mbps </td> 
 <td> 6.56s </td> 
 <td> 30.057 </td> 
 <td> 0.919 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 1.2Mbps </td> 
 <td> 1.08s </td> 
 <td> 27.929 </td> 
 <td> 0.87 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 1.2Mbps </td> 
 <td> 2.84s </td> 
 <td> 27.609 </td> 
 <td> 0.883 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 360p </td> 
 <td> 288k </td> 
 <td> 0.55s </td> 
 <td> 24.986 </td> 
 <td> 0.67 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> ffmpeg </td> 
 <td> 360p </td> 
 <td> 288k </td> 
 <td> 0.78s </td> 
 <td> 25.216 </td> 
 <td> 0.695 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 测试4：多分辨率下的转码速度测试 ####

使用Intel Media SDK的转码示例程序(sample\_full\_transcode.exe)，该程序支持m2ts和mp4两种封装格式码流的转码。测试环境如下所示：  
操作系统 ：Microsoft Windows 8 Professional 64-bit  
CPU ：Intel®Core i7-4790 CPU@3.60GHz  
内存 ：Kingstone DDR3 1333MHz 4GB SDRAM  
显卡 ：Intel® HD Graphics 4600  
  
将分辨率为360p，720p，1080p，时长10s，帧率25fps的三个m2ts序列分别使用ffmpeg的libx264库和Intel Media SDK转码为MP4封装格式的码流，比较转码所用的时间。  
  
通过比较可见，在进行转码任务时，利用硬件加速技术可以获得性能上的大幅提升。

<table style="color:rgb(51,51,51); font-family:Arial; font-size:14px"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Resolution </td> 
 <td> Bitrate </td> 
 <td> Transcode Time </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Seq1 </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 5.2Mbps </td> 
 <td> 1.91s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Ffmpeg </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 5.2Mbps </td> 
 <td> 8.33s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 2.3Mbps </td> 
 <td> 1.34s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Ffmpeg </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 2.3Mbps </td> 
 <td> 3.47s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Seq2 </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 5.2Mbps </td> 
 <td> 2.19s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Ffmpeg </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 5.2Mbps </td> 
 <td> 9.26s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 2.3Mbps </td> 
 <td> 1.27s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Ffmpeg </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 2.3Mbps </td> 
 <td> 4.09s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Seq3 </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 5.2Mbps </td> 
 <td> 2.22s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Ffmpeg </td> 
 <td> 1080p </td> 
 <td> 5.2Mbps </td> 
 <td> 9.26s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Intel Media SDK </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 2.3Mbps </td> 
 <td> 1.21s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> &nbsp; </td> 
 <td> Ffmpeg </td> 
 <td> 720p </td> 
 <td> 2.3Mbps </td> 
 <td> 4.24s </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

综上，使用Intel Media SDK的硬件加速技术进行转码，可以充分调用GPU资源，转码速度更快，支持更多路的实时处理，同时可以维持很低的CPU资源占用率，可以让CPU集中更多的资源去处理其他应用任务。

## NVIDIA VIDEO ENCODER（NVENC） ##

NVENC即基于NVIDA GPU的硬件加速视频编码技术，它起源于基于CUDA的硬件加速编码技术。基于CUDA的编码器在利用GPU图形引擎资源的同时还要使用CPU资源，这成为了它的一大弊端，而NVENC只利用新型架构的NVIDIA GPU中独立的编码引擎资源，可以获得更高的性能，最多可以支持16路1080P@30fps的H.264视频的并行实时编码。

### 项目网址： ###

https://developer.nvidia.com/nvidia-video-codec-sdk

### 支持的GPU型号： ###

使用Kepler或Maxwell[架构][Link 1]的NVIDIA GPU

### 支持的操作系统： ###

Windows Vista / Win7 / Win8, Linux

### 支持的编码格式： ###

依据GPU架构的不同，支持的编码格式也不同，见下表

![Center 4][]

### 提供的API： ###

NVENC SDK：只提供编码功能，主要用于视频编码、转码、编辑等场合  
GRID SDK：同时提供屏幕采集和编码功能，主要用于云端游戏、流媒体等场合

### 扩展性： ###

可与ffmpeg整合

### 性能测试： ###

对分辨率为1280x720的4:2:0格式YUV视频应用不同的编码预设，不同的码率控制模式，不同的编码标准进行编码，以FPS表示编码速度，结果如下：

![Center 5][]

![Center 6][]

http://blog.csdn.net/nonmarking/article/details/46306615

[Linux]: http://lib.csdn.net/base/linux
[Center]: /images/20220708/5279b1c8a37d4657894884ac9a11913b.png
[Center 1]: /images/20220708/139e876154d2432aac18027751009ee0.png
[Center 2]: /images/20220708/cf7c675e5e674750b19eeeedd55c0cfc.png
[Center 3]: /images/20220708/b4105a058f0148a0be74a84345951764.png
[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/architecture
[Center 4]: /images/20220708/552fdf174eaf4980b92293d94dfd64e1.png
[Center 5]: /images/20220708/522a4c7b67ef44c1a8a7796779b90647.png
[Center 6]: /images/20220708/32e78b45e6a34f27a05fe61140171dc1.png