在GPU通用计算刚刚进入桌面平台时,NVIDIA以及AMD都把视频转码加速功能当作重点,因为这几乎是GPU计算带给普通消费者最直接、最有感触的功能了,比如MediaCoder、BadaBoom、MediaEspresso等软件都支持NVIDIA的CUDA加速以及AMD的Stream加速。

  GPU转码加速的好处是速度快,但是画质也低了,无法与单纯的CPU转码相媲美,随着技术的进步,GPU转码的画质才慢慢提升上来。再往后Intel也加入战场,SNB架构的GPU部分增加了专用的Quick Sync单元,无论转码速度还是画质都要比A/N两家的GPU加速效果要好。

  AMD在最新一代的GCN架构中增加了专用的VCE(Video Encodec Enigine)引擎,支持1080P 60fps视频转码,而且支持完整的H.264规范(前一代转码只支持H.264 Baseline),唯一的问题是软件支持度不够好,发布5个多月了才有MediaEspresso支持。


AMD的VCE引擎

  Ivy Bridge处理器中,Intel也将转码单元Quick Sync做了升级,虽然Intel官方资料中并没有提及具体的变化,但是我们之前也做过测试,发现转码速度变快了。此外,IVB的Quick Sync也统一到了Media SDK API下。

  再有一个新选手就是NVIDIA的NVENC编码引擎了,它是Kepler架构新增的功能,按照NVIDIA给出的资料来看,NVENC比自家的CUDA编码还要优秀,因为它跟Quick Sync一样属于是专用的编码加速单元,而CUDA加速则是比较通用的,速度上不如专用单元快。

  早前我们也打算把NVENC编码加速专门测试一下,只是一直没能成行,不过首发测试中也做了MediaEspresso转码加速测试,GTX 680转码一段视频需要32秒,GTX 580和HD 7970分别需要40、45秒,也就是在GPU计算性能更差的情况下,GTX 680的转码速度依然要高于GTX 580、HD 7970,NVENC功不可没。

  法国Hardware.fr网站最近做了详细的NVENC编码加速测试,并与Intel Quick Sync做了对比,虽然没能对比AMD的VCE编码引擎(软件支持是AMD的软肋啊),但是本文的测试方法和结果依然值得推荐,特别是画质对比方面专业得多,小编受益匪浅啊。

测试软件及方法:


MediaEspresso也有bug和限制,比如GOP 固定限制,对比测试并非以其为主要手段

  讯连科技的MediaEspresso 6.5软件支持Quick Sync以及NVENC加速。CPU为Core i5-3570K(HD 4000显卡),主板为华硕P8Z77 Pro-V。对比的显卡主要是GTX 670、GTX 680、GTX 480,虽然GTX 480是上上代的显卡了,不过CUDA编码加速实际上对显卡要求并不高,即便是GTX 450与高端显卡的差距也非常小。

  另外,软件编码使用的是Build 2197版本的H.264,分别测试了1-pass和2-pass。

画质对比

  画质对比值得着重说一下。平时我们做画质对比主要是用肉眼看,这种方法虽然直观一些,但是误差太大,而且不同的截图差别也不一样,不够有说服力。

  Hardware.fr用的是PSNR和SSIM数值,PSNR(Peak signal-to-noise ratio,峰值信号噪点比例)是信号强度与噪点强度的比值,可以用来衡量有损压缩编码过程中的失真度。而SSIM(structural similarity index,结构相似指数)也是用来衡量两张图片之间的相似度。

  有兴趣的可以参考上面的维基百科解释研究一下,总之,PSNR和SSIM是科学的测量方法,要比肉眼查看可靠得多,说服力也足够强。

  上面就是几种编码方案的PSNR和SSIM结果。

  虽然速度更快,但是NVENC引擎的转码画质与CUDA转码是一样的,丝毫没有降低。

  上面的计算只是基于平均状况,并不是全部内容,再来看一下500张逐帧截图中的SSIM指数吧。

  这里只是一张图片,推荐去原文看对比,因为他们做的是网页特效,下面的六个选项是可以点击选中或者取消的,方便对比任意几种编码方案的结果,鼠标指上去还会显示各个方案的具体SSIM数值,这是单一截图展示不了的。

  由于软件的Bug和限制,N卡和Quick Sync转码的截图中每隔30帧就会出现一次剧烈波动(场景太复杂),0到187帧之间的场景容易压缩,因此SSIM比较稳定,188到243帧以及244到350帧之间波动就非常大,SSIM指下降的厉害。

  虽然Quick Sync在复杂场景中SSIM有所下降,但是依然要领先与NVIDIA显卡,H.264 1-pass编码依然有明显优势。

  那么实际画质是如何呢?来看一下317张截图的真实截图对比吧。

  这里依然去原文查看,因为他们作出了动态效果,最下面是各种编码方案的画质选择,点击左侧部分,转码后的截图就会出现在网页左边,右边则是另一种方案的画质截图,比如上图中我选择了原图与GTX 670(NVENC)编码,效果就是这个样子。

(ps,这里有点瑕疵,出现了两个GTX 670选项,实际上应该是一个GTX 670和一个GTX 680)

  结果是:NVIDIA GPU加速编码的画质损失依然是最严重的,而最新的H.264编码做的比较好,特别是2-pass画质十分接近原始画质。

转码速度及功耗

  使用的影片是720P分辨率的《阿凡达》,结果如下:

(说下表格的数据,第一列是转码时间,之后是待机功耗,第三列是转码时的功耗,最后一列是功耗差值)

  来看NVENC,其转码速度明显优于GTX 480,性能高了133%之多。功耗方面,固定转码单元的GTX 680比GTX 480只低了21W,从差值上看也只有11W,并没有表现出比预期更明显的优势。

  总的来看,Quick Sync依然是最好的编码加速方案,功耗和转码性能上都排名第一。另外,H.264 1-pass编码速度要比CPU还快,画质也高一些,而2-pass编码的速度不出意外地倒数第一,但是画质上傲视群雄。

  如果以W(功耗)/H(时间,小时)为基础来看(转码功耗乘以时间(s)再除以3600,上图中的法文符号","在英文中是".",也就是说上图中的数值是6.87、8.95这样的小数而非整数),Quick Sync转码每小时消耗了0.83W电力,而GTX 670、GTX 680消耗的电力在3.10、3.24左右,其他方案消耗的就更高了,GTX 480效费比最差。

总结:

  原文的总结有三段,其实意思可以归纳为三句话:

  无论转码速度还是转码效率,Quick Sync依然是最佳的方案,NVIDIA的NVENC要胜过前代的CUDA方案,但还是比不过Intel。

  H.264软件转码中1-pass速度要超过CPU转码,2-pass虽然速度最慢,但是画质是最好的,适合对画质有较高要求的场合。

  至于AMD,技术上是好的,软件支持是杯具的。