一种视频编码优化方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及视频编码技术，公开了一种视频编码优化方法和系统，一种视频编码优化方法应用于NUMA架构中，其方法包括：检测服务器的CPU硬件，并获取CPU的节点总数以及CPU的节点所包括的逻辑核心，其中CPU的节点总数为M；依据检测的CPU节点总数，进行编码内核的创建；依据当前视频帧的gop id，在编码器上对视频进行编码；对于编码后的视频输出视频码流，依据码流中I帧的显示次序从低到高，将码流依次拼接成完整的码流。本发明专利技术在提高编码并行度的同时，避免了常规软件编码存在的远程访问内存。同时提高了编码并行度，提升编码速度，同时不会损失编码质量。失编码质量。失编码质量。

【技术实现步骤摘要】
一种视频编码优化方法和系统


[0001]本专利技术涉及视频编码技术，尤其涉及了应用于NUMA架构中的一种视频编码优化方法和系统。

技术介绍

[0002]目前，针对超高清视频的软件编码器，都采用多种并行编码策略的组合来实现超高清实时转码。常用的并行编码策略有：
[0003](1)、帧内行级并行编码(利用多线程实现帧内多行同时编码)；
[0004](2)、帧级并行编码(利用多线程实现多帧同时编码)；
[0005](3)、GOP级并行编码(利用多线程实现多个GOP同时编码)。
[0006]通过基于多线程的并行编码，尽可能充分调动多核心CPU的计算资源。与此同时，为满足超高清视频实时编码的计算要求，硬件一般会采用超多核心CPU的服务器。
[0007]目前的多核CPU普遍采用的是NUMA架构，即“非一致性内存访问”。NUMA架构解决了多核心CPU上通过传统的北桥访问内存造成的性能瓶颈问题。在NUMA架构中，服务器被分为若干个节点(SOCKET)，每个节点上有单独的CPU和内存。CPU通过内存控制器直接访问本地地址，速度快延时短；通过QPI LINK远程访问其他节点物理地址。
[0008]在NUMA架构的CPU上运行的多线程软件，应尽可能减少内存远程访问。正常的多线程编码，特别是4K/8K超高清编码，需要访问的内存是很多的，其中，重建帧数据、原始帧数据是内存占用量最大的部分。
[0009]原始帧主要在预分析阶段用来计算图像特性和编码复杂度，从而确定编码的量化参数及其他参数；重建帧则主要给帧内、帧间预测提供参考像素。此外，在编码模式选择阶段，需要利用重建图像和原始图像来计算编码失真。因此，存储重建帧和原始帧的内存毫无疑问是编码中访问频率最高的部分。
[0010]在NUMA架构的多核CPU上运行4K/8K超高清编码时，由于编码线程之间有相互依赖且依赖条件不是一直成立的，因此线程经常会进入WAIT状态，待条件成立，线程又再次进入RUN状态。CPU调度线程实现线程状态的切换，此过程中，线程有可能从一个NUMA节点切换到另一个NUMA节点。
[0011]因此，线程所访问的重建帧内存、原始帧内存与编码线程本身不能时刻保证在同一节点内，不可避免的会存在大量的内存远程访问，导致不能最大限度发挥多核CPU的计算能力。
[0012]在视频编码标准中，一般包含三种编码帧：I帧、P帧、B帧。视频编码中常用GOP(Group of picture)来代表视频编码序列中两个I帧之间的一组图像，GOP长度表示GOP内帧的数量，是编码器的重要参数。
[0013]GOP并行编码是超高清实时编码的常用手段。采用Close gop帧结构，这样可以保证相邻的GOP之间可以独立编码，并行度可以成倍提升。编码器将GOP码流按照GOP先后次序重新打包，形成最终的完整码流。编码内核是指具备完整编码能力的软件模块；编码内核的
输入为原始视频图像序列，输出为编码后的视频码流。
[0014]例如现有技术中，专利申请号为：CN202011644043.5201910600394.7；专利名称为，一种用于8K超高清视频的实时编码的方法及系统，专利申请日：2020
‑
12
‑
31。在NUMA架构CPU上，其将编码任务限定在一个节点内部，不能最大限度发挥多节点CPU的计算能力。

技术实现思路

[0015]本专利技术针对现有技术中的视频编码，在NUMA架构CPU上，其将编码任务限定在一个节点内部，不能最大限度发挥多节点CPU的计算能力的问题，提供了一种视频编码优化方法和系统。
[0016]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：
[0017]一种视频编码优化方法，应用于NUMA架构中，其方法包括：
[0018]服务器的检测，检测服务器的CPU硬件，并获取CPU的节点总数以及CPU的节点所包括的逻辑核心，其中CPU的节点总数为M；
[0019]编码器的创建，依据检测的CPU节点总数，进行编码内核的创建；
[0020]视频的编码，依据当前视频帧的gop id，在编码器上对视频进行编码；
[0021]码流的合成，对于编码后的视频输出视频码流，依据码流中I帧的显示次序从低到高，将码流依次拼接成完整的码流。
[0022]作为优选，编码器的创建方法包括：
[0023]步骤1，初始化设置节点索引变量i＝0；
[0024]步骤2，调用pthread_setaffinity_np设置编码器的线程运行在节点i的逻辑核心上；
[0025]步骤3，创建编码内核i，编码内核绑定在了节点i上；
[0026]步骤4，对编码内核进行初始化，包括原始帧内存和重建帧内存的分配；
[0027]步骤5，节点索引变量加1，即i＝i+1，当i小于M则继续步骤2，否则编码器创建完成。
[0028]作为优选，视频的编码方法包括：
[0029]获取当前视频帧的gop id，并对gop id进行更新，其中gop id初始化为0，最大值为M
‑
1；
[0030]对当前gop id为i的视频帧，将当前帧送给节点i上的编码内核，编码内核将原始图像拷贝到自己的原始帧内存中，然后开始编码。
[0031]作为优选，gop id更新方式为：第一帧之后，每收到一个I帧或者IDR帧，gop id加1，如果gop id等于M，则gop id赋值为0。
[0032]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种视频编码优化系统，应用于NUMA架构中，其包括服务器检测模块、编码器创建模块、视频编码模块和码流合成模块；
[0033]服务器检测模块，服务器检测模块检测服务器的CPU硬件，并获取CPU的节点总数以及CPU的节点所包括的逻辑核心，其中CPU的节点总数为M；
[0034]编码器创建模块，编码器创建模块依据检测的CPU节点总数，进行编码内核的创建；
[0035]视频编码模块，视频编码模块依据当前视频帧的gop id，在编码器上对视频进行
编码；
[0036]码流合成模块，码流合成模块对于编码后的视频输出视频码流，依据码流中I帧的显示次序从低到高，将码流依次拼接成完整的码流。
[0037]作为优选，编码器创建模块包括：节点初始化模块、线程运行设置模块、编码内核创建模块、编码内核初始化模块、索引变量更新模块；
[0038]节点初始化模块，初始化设置节点索引变量i＝0；
[0039]线程运行设置模块，线程运行设置模块调用pthread_setaffinity_np设置编码器的线程运行在节点i的逻辑核心上；
[0040]编码内核创建模块，编码内核创建模块用于创建编码内核i，并将编码内核绑定节点i上；
[0041]编码内核初始化模块，对编码内核进行初始化，包括原始帧内存和重建帧内存的分配；
[0042]索引变量更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种视频编码优化方法，应用于NUMA架构中，其特征在于，方法包括：服务器的检测，检测服务器的CPU硬件，并获取CPU的节点总数以及CPU的节点所包括的逻辑核心，其中CPU的节点总数为M；编码器的创建，依据检测的CPU节点总数，进行编码内核的创建；视频的编码，依据当前视频帧的gop id，在编码器上对视频进行编码；码流的合成，对于编码后的视频输出视频码流，依据码流中I帧的显示次序从低到高，将码流依次拼接成完整的码流。2.根据权利要求1所述的一种视频编码优化方法，其特征在于，编码器的创建方法包括：步骤1，初始化设置节点索引变量i＝0；步骤2，调用pthread_setaffinity_np设置编码器的线程运行在节点i的逻辑核心上；步骤3，创建编码内核i，编码内核绑定在了节点i上；步骤4，对编码内核进行初始化，包括原始帧内存和重建帧内存的分配；步骤5，节点索引变量加1，即i＝i+1，当i小于M则继续步骤2，否则编码器创建完成。3.根据权利要求1所述的一种视频编码优化方法，其特征在于，视频的编码方法包括：获取当前视频帧的gop id，并对gop id进行更新，其中gop id初始化为0，最大值为M
‑
1；对当前gop id为i的视频帧，将当前帧送给节点i上的编码内核，编码内核将原始图像拷贝到自己的原始帧内存中，然后开始编码。4.根据权利要求3所述的一种视频编码优化方法，其特征在于，gop id更新方式为：第一帧之后，每收到一个I帧或者IDR帧，gop id加1，如果gop id等于M，则gop id赋值为0。5.一种视频编码优化系统，应用于NUMA架构中，其特征在于：包括服务器检测模块、编码器创建模块、视频编码模块和码流合成模块；服务器检测模块，服务器检测模块检测服务器的CPU硬件，并获取CPU的节点总数以及CPU的节点所包括的逻辑核心，其中CPU的节点总数为M；编码器创建...

【专利技术属性】
技术研发人员：李日，朱建国，廖义，谢亚光，孙彦龙，
申请(专利权)人：杭州当虹科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：