【并行计算与CUDA开发】英伟达硬件加速编解码

1. 硬件加速
2. 并行计算
   1. OpenCL
3. OpenCL API VS SDK
4. 英伟达硬件编解码方案
   1. 基于 OpenCL 的 API 本身写一个编解码器
   2. 使用 SDK 中的编解码接口
   3. 使用编码器对于 OpenCL 和 SDK 的封装

硬件加速

硬件加速的学术名称是 GPGPU（General-purpose computing on graphicsprocessing units），中文名称是通用图形处理器。最基本的思想是使用 GPU 的运算能力完成本来须要 CPU 来进行的运算。

并行计算

GPU 是用来处理图形任务的图形处理器，其中一个很是大的优点在于它的并行处理能力。面对单指令流多数据流（SIMD），而且数据处理的运算量远大于数据调度和传输的须要时，GPU 的并行处理效率要高于传统的 CPU 的处理。

为了充分的利用 GPU 的并行处理能力，大部分的显卡厂商都推出了本身的 GPU 开发SDK，好比：

• NVIDIA —— CUDA
• Intel —— Intel® Media SDK
• AMD —— AMD APP SDK（前身是 ATI Stream）

固然这些厂商都是各自为阵，推出的 SDK 都是只能用于本身的显卡的 SDK，因此代码想要在不一样的平台上可以统一是比较困难的。

OpenCL

OpenCL（Open Computing Language，开放计算语言），是一个为异构平台编写程序的框架，此异构平台可由CPU，GPU或其余类型的处理器组成。这种语言主要是为了异构平台的并行运行设计的。

从本质上来讲，它和 CDUA 等等 SDK 上是不一样的，它是一种语言，至关因而 Java语言这个级别，然后者是一个开发包，至关于 JDK 这个级别。

OpenCL 目前的语言规范已经到了 2.1（Preview），支持最好的 AMD 的 SDK，最新版本已经支持了 OpenCL 2.0，其余两个只支持 OpenCL 1.2。

OpenCL 提供了一个统一的 API，这个 API 在上述的厂商的 SDK 中都有实现。因此安装 CUDA 会包含 OpenCL 组件，它是英伟达对于 OpenCL 语言的一种实现。

OpenCL API VS SDK

OpenCL API 最大的优点在于它的跨平台，能够在不一样的架构上运行，因此理论上它比 SDK 更有竞争力。可是它最大的问题在于它的 API Level 比较基础，直接使用它进行视频的编解码处理难度比较大。

此外 OpenCL API 的实现是依赖于底层的 GPU 架构的，不一样的厂商提供了不一样的实现，使用以前须要安装不一样厂商提供的实现，从这个角度考虑 OpenCL 的跨平台并无想象中那么完美。

SDK 的问题在于不一样的厂商的 SDK 是不兼容的。可是它提供了比 OpenCL API 更加丰富的功能，好比 NVIDIA 直接提供了视频编解码相关的接口，使用起来会比OpenCL API 更加的轻松。

英伟达硬件编解码方案

实现英伟达的 GPU 硬件编解码可使用以下几种方案：

基于 OpenCL 的 API 本身写一个编解码器

这的难度很是大，首先你须要对于 OpenCL API 很是的熟悉，其次你须要对于编解码的知识了解的很是透彻。这两个问题的任何一个都有很是大的难度，以目前已有的技术来讲成功的概念不是特别大。

MainConcept 公司作了这件事情，它提供了基于 OpenCL 的 H264/AVC 编码器，可是这个编码器是商用的（此外它还提供了基于 CUDA 的编码器和基于 Intel QSV 的编解器，以及包装过前面几者的编码器）。

因此从技术可行性上来讲这个是可行的，只是目前来讲我的还不具有这个实力。

使用 SDK 中的编解码接口

英伟达关于视频的编解码提供了两个相关的 SDK

• NVENC
• NVCUVID

前者负责硬件编码，二后者负责硬件解码。

NVENC 是一个单独的 SDK，集成在最新的显卡驱动上面，安装最新的驱动以后能够找到相关的库文件。在 Ubuntu 14.04 中，能够在 /usr/lib/nvidia-352/ 目录下面找到相关的库文件。

NVCUVID 是 CUDA 的组件，包含在最新的 CUDA Toolkit 中。不过在显卡的类库中能够找到 libnvcuvid.so 这个库文件。在以前版本的显卡驱动中其余还包含一个称之为 NVCUVENC 的硬件编码器和 NVCUVID 相对应，不过目前这个组件已经被 NVENC 替代了。

使用编码器对于 OpenCL 和 SDK 的封装

这种方式是我的认为最理想的方式，FFMPEG 目前存在一个编码器 nvenc 是对于英伟达的 NVENC 的封装，经过使用它能够和 FFMPEG 无缝的整合起来。此外它也包含对于 Intel QSV 的封装。AMD 的相关接口目前没有找到相关的资料。

不过 FFMPEG 只存在 NVENC 的接口，不存在 NVCUVID 的封装。若是须要实现相关的解码器可能须要本身实现 FFMPEG 接口。

libx264 有对于 OpenCL 的封装，不过我在 windows 中尝试这个功能的时候并无成功。

另外还存在一个开源的格式转换器 HandBrake，它包含对于 Intel QuickSync的封装，以及使用 OpenCL 进行图象的拉伸处理和使用 x264 的 opencl封装。这个项目缺点在于文档不是很丰富，研究起来有必定的难度。