網(wǎng)易視頻云：視頻硬件編碼技術對比——QuickSyncvsNVencvsAMDVCE

1、-. z.網(wǎng)易視頻云:視頻硬件編碼技術比照QuickSync vs NVenc vs AMD VCEQuicksyncIntel在 Sandy Bridge 架構 CPU 中引入了的 MF*Multi-Format Codec Engine，多格式編解碼器引擎視頻處理引擎。第一代 MF* 是從 Sandy Bridge 上引入的，現(xiàn)在的 Ivy Bridge 和下一代的 Haswell 也分別具備第二和第三代 MF*， Ivy Bridge 的第二代 MF* 主要是改良了性能，而 Haswell 的第三代 MF* 除了速度比Ivy Bridge 更快外，在同碼率畫面品質(zhì)方面也會有 11% 的改

2、良。MF* 包含了解碼器、編碼器和視頻效果處理器三局部，其中編碼器屬于二工位混合式的硬件編碼器。Intel 將編碼器的動作分為兩組，即 ENC 和 PAK，其中 ENC 包括了碼率控制、運動估算、幀間估算、模式抉擇；而 PAK 包括了運動補償、幀間預測、前向量化、像素重構、熵編碼。ENC 操作由 GPU 的可編程 EU 矩陣執(zhí)行，PAK 則是 MF* 的硬件流水線執(zhí)行，兩組動作對不同的幀同時執(zhí)行，可以藉此到達最高性能。MF* 令人印象深刻的還有它的解碼器性能。例如我們測試的 16 分鐘 1080p 片段，在基于 GF110/GF104 的 GT* 580/GT* 560 Ti 上解碼性能為 9

3、4.2 fps，基于GK104 的 GT* 680 是 158fps，而在 Sandy Bridge/ Ivy Bridge 的 i7-2600K/3770K 上解碼性能居然分別高達讓人瞪目乍舌的 460fps、606fps。硬件解碼性能的強大，除了說明 GPU 能應付更復雜的視頻解碼外，還意味著可以在轉(zhuǎn)碼的時候更多地解放 CPU 負荷。此外，IVB的Quick Sync也統(tǒng)一到了Media SDK API下。CUDA/NVENC首先要說明，CUDA Encoder 和 NVENC 是兩個不同的東西，前者是采用 GPU 的通用計算單元進展編碼加速，后者則是增加了專門的硬線化編碼電路作編碼加速。

4、在今年發(fā)布的 Kepler 家族 GPU 中，NVIDIA 集成了專用的 h.264 硬件編碼器NVENC，這和之前的 CUDA 編碼器有很大的不同，因為之前的 CUDA 編碼器是由 GPU 的通用計算執(zhí)行局部 h.264 算法來實現(xiàn)加速。而 NVENC 則主要由專門為 h.264 算法定制的硬件單元來執(zhí)行編碼操作，主要的好處是在進展編碼操作的時候性能/耗電比要比 CUDA Encoder 高很多。目前在官網(wǎng)已經(jīng)提供了有關NVENC 的SDK可以下載，NVIDIA NVENC 能實現(xiàn) 4K 分辨率、支持 h.264 High Profile 4.1、3D 視頻流壓縮。支持 NVENC 的編碼器

5、有有很多軟件，例如 Cyberlink 的 Media Espresso 轉(zhuǎn)碼器媒體測試專用版。VCEAMD在最新一代的G架構中增加了專用的VCEVideo Encodec Enigine引擎，支持1080P 60fps視頻轉(zhuǎn)碼，而且支持完整的H.264規(guī)*前一代轉(zhuǎn)碼只支持H.264 Baseline，唯一的問題是軟件支持度不夠好，發(fā)布5個多月了才有MediaEspresso支持。畫質(zhì)比照Hardware.fr用的是PSNR和SSIM數(shù)值，PSNRPeak signal-to-noise ratio，峰值信號噪點比例是信號強度與噪點強度的比值，可以用來衡量有損壓縮編碼過程中的失真度。而SSIM

6、structural similarity inde*，構造相似指數(shù)也是用來衡量兩*圖片之間的相似度。上面的計算只是基于平均狀況，并不是全部內(nèi)容，再來看一下500*逐幀截圖中的SSIM指數(shù)吧。.hardware.fr/marc/h264nvenc/graph.htmfocus_inception720ps1真實截圖比照.hardware.fr/marc/h264nvenc/imgpivy.htminception720a原文作出了動態(tài)效果，最下面是各種編碼方案的畫質(zhì)選擇，點擊左側(cè)局部，轉(zhuǎn)碼后的截圖就會出現(xiàn)在網(wǎng)頁左邊，右邊則是另一種方案的畫質(zhì)截圖，比方上圖中我選擇了原圖與GT* 670NVENC

7、編碼，效果就是這個樣子。結果是：NVIDIA GPU加速編碼的畫質(zhì)損失依然是最嚴重的，而最新的H.264編碼做的比擬好，特別是2-pass畫質(zhì)十分接近原始畫質(zhì)。轉(zhuǎn)碼速度及功耗使用的影片是720P分辨率的阿凡達，結果如下：說下表格的數(shù)據(jù)，第一列是轉(zhuǎn)碼時間，之后是待機功耗，第三列是轉(zhuǎn)碼時的功耗，最后一列是功耗差值來看NVENC，其轉(zhuǎn)碼速度明顯優(yōu)于GT* 480，性能高了133%之多。功耗方面，固定轉(zhuǎn)碼單元的GT* 680比GT* 480只低了21W，從差值上看也只有11W，并沒有表現(xiàn)出比預期更明顯的優(yōu)勢?？偟膩砜?，Quick Sync依然是最好的編碼加速方案，功耗和轉(zhuǎn)碼性能上都排名第一。另外，H.

8、264 1-pass編碼速度要比CPU還快，畫質(zhì)也高一些，而2-pass編碼的速度不出意外地倒數(shù)第一，但是畫質(zhì)上傲視群雄。如果以W功耗/H時間，小時為根底來看轉(zhuǎn)碼功耗乘以時間s再除以3600，上圖中的法文符號，在英文中是.，也就是說上圖中的數(shù)值是6.87、8.95這樣的小數(shù)而非整數(shù)，Quick Sync轉(zhuǎn)碼每小時消耗了0.83W電力，而GT* 670、GT* 680消耗的電力在3.10、3.24左右，其他方案消耗的就更高了，GT* 480效費比最差。總結：無論轉(zhuǎn)碼速度還是轉(zhuǎn)碼效率，Quick Sync依然是最正確的方案，NVIDIA的NVENC要勝過前代的CUDA方案，但還是比不過Intel。H.264軟件轉(zhuǎn)碼中1-pass速度要超過CPU轉(zhuǎn)碼，2-pass雖然速度最慢，但是畫質(zhì)是最好的，適合對畫質(zhì)有較高要求的場合。至于AMD，技術上是好的，軟件支持是杯具的。QuickSync是目前最快同時畫質(zhì)上最接近CPU的轉(zhuǎn)碼方案；NVENC的畫質(zhì)仍然難以讓人滿意；*264CPU在速度上的明顯劣勢使其除了追求高壓