CN110022479A - 一种基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法及直播平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法及直播终端，该方法包括初始化NVENC环境；初始化H265硬件编码器；分配图像输入源；分配编码输出源；获取H265视频编码参数；基于所述H265视频编码参数，通过所述H265硬件编码器对所述图像输入源的图像进行编码。这样，在同等视频分辨率、码率、帧率的情况下，编码后的视频体积相比H264来说减少了30％左右，并且因为是硬件编码，对用户计算机的CPU消耗并不大，从而也减少了用户CPU的消耗，提高了编码的流畅性。

Description

一种基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法及直播 平台

技术领域

本申请涉及计算机领域，尤其涉及一种基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法及直播终端。

背景技术

H265是在H264的基础上的新的视频编码规范，H265相对于H264的优点是在同等视频分辨率以及码率的情况下，编码出来的视频体积比H264要少30％左右，这意味着可以降低30％的磁盘存储或者30％左右的网络带宽使用。

但是，由于H265相对于H264来说，在编码的时候，对CPU的消耗要成倍的增加，如果使用软件编码的方案来进行H265编码的话，需要计算机大量的资源，容易造成电脑出现卡顿等现象。

因此，现有技术中亟需一种H265硬件编码方法。

发明内容

本发明提供了一种基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法及直播终端，以满足现有技术中对H265硬件编码方法的需求。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法，所述方法包括：

初始化NVENC环境；

初始化H265硬件编码器；

分配图像输入源；

分配编码输出源；

获取H265视频编码参数；

基于所述H265视频编码参数，通过所述H265硬件编码器对所述图像输入源的图像进行编码。

可选地，所述初始化NVENC环境，具体包括：

调用LoadLibrary函数加载nvcuda.dll模块，若成功则继续；

调用GetProcAddress函数获取cuInit，cuDeviceGetCount，CUDACreateContext函数，若成功则继续；

调用LoadLibrary函数加载nvEncodeAPI模块，若成功则继续；

调用LoadLibrary函数加载nvEncodeAPI模块，若成功则继续；

调用GetProcAddress函数获取NvEncodeAPICreateInstance函数，若成功则继续；

调用所述NvEncodeAPICreateInstance函数，初始化NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST结构实例标记为nvEncodeAPI，若成功则确定初始化所述NVENC环境成功。

可选地，所述初始化H265硬件编码器，具体包括：

创建CUDA环境块，若成功则继续；

创建所述H265硬件编码器，若成功则将获取到所述H265硬件编码器的接口标记为m_nvEncoder，并继续；

根据待编码视频的图像参数初始化所述H265硬件编码器。

可选地，所述分配图像输入源，具体包括：

创建一个类型为NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的图像输入源；

将所述NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的version字段设置为NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER，将所述NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的width字段设置为视频的宽度，将所述NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的height字段设置为视频的高度，将所述NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的bufferFmt字段设置为NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL；

调用nvEncodeAPI中的nvEncCreateInputBuffer函数，创建一个图像输入源。

可选地，所述分配编码输出源，具体包括：

创建一个类型为NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER的编码输出源；

将所述NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER的version字段设置为NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER，size字段设置为视频分辨率的乘积；

调用nvEncodeAPI的nvEncCreateBitstramBuffer方法，创建编码输出源。

可选地，所述获取H265视频编码参数，具体包括：

调用nvEncodeAPI结构中的nvEncGetSequenceParams函数，获取H265序列集参数、H265图像集参数和H265视频集参数。

可选地，所述基于所述H265视频编码参数，通过所述H265硬件编码器对所述图像输入源的图像进行编码，具体包括：

将待编码图像传入所述图像输入源；

通过所述H265硬件编码器，对所述待编码图像进行H265硬件编码，并判断编码是否完成；

若编码完成，则将对所述编码的图像对应的编码数据传入所述编码输出源中。

本发明第二方面还提供了一种直播终端，所述直播终端包括Nvidia Maxwell2显卡，所述直播终端包括：

获取装置，用于获取直播图像；

编码装置，通过第一方面提供的方法，利用Nvidia Maxwell2显卡所述对所述直播图像进行编码；

传输装置，用于将对所述编码装置输出的编码数据发送给直播平台。

本发明第三方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面提供的方法的步骤。

本发明第四方面还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面提供的方法的步骤。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

由于采用了通过初始化NVENC环境、初始化H265硬件编码器、分配图像输入源、分配编码输出源、获取H265视频编码参数以及基于所述H265视频编码参数，通过所述H265硬件编码器对所述图像输入源的图像进行编码的技术方案，实现了利用Nvidia Maxwell第二代架构的特性进行H265硬件编码的目的，在同等视频分辨率、码率、帧率的情况下，编码后的视频体积相比H264来说减少了30％左右，并且因为是硬件编码，对用户计算机的CPU消耗并不大，从而也减少了用户CPU的消耗，提高了编码的流畅性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

本发明实施例提供了一种基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法及直播终端，以满足现有技术中对基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法的需求。

本发明实施例第一方面提供了一种基于基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法，请参考图1，图1为本发明实施例提供的基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

S1：初始化NVENC()环境；

S2：初始化H265硬件编码器；

S3：分配图像输入源；

S4：分配编码输出源；

S5：获取H265视频编码参数；

S6：基于H265视频编码参数，通过H265硬件编码器对图像输入源的图像进行编码。

可以看出，由于采用了通过初始化NVENC环境、初始化H265硬件编码器、分配图像输入源、分配编码输出源、获取H265视频编码参数以及基于H265视频编码参数，通过H265硬件编码器对图像输入源的图像进行编码的技术方案，实现了利用Nvidia Maxwell第二代架构的特性进行H265硬件编码的目的，在同等视频分辨率、码率、帧率的情况下，编码后的视频体积相比H264来说减少了30％左右，并且因为是硬件编码，对用户计算机的CPU消耗并不大，从而也减少了用户CPU的消耗，提高了编码的流畅性。

在接下来的部分中，将详细介绍上述技术方案。

首先介绍一下Nvidia Maxwell2显卡，这是NVIDIA最新显卡架构，可同时提供性能和能耗比。此外，它还能够提供诸多最前沿的特性，例如先进的采样技术和超级分辨率技术。即便是在1080p显示器上，超级分辨率技术也能够提供4K画质的游戏体验，并且内部集成有NVENC硬件编码单元。

需要说明的是，在接下来的部分中，所介绍的各类函数、方法或模块均为H265编码方式或基于Nvidia Maxwell2显卡的编码方式中常用的函数或者结构，本领域所属的技术人员在知晓该函数或者结构的名称后，还能够根据实际情况，选择其他合适的函数或者结构，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

在S1中，初始化NVENC环境，具体来讲，可以通过如下步骤实现：

S11：调用LoadLibrary函数加载nvcuda.dll模块，如果失败则代表计算机系统不是Nvidia显卡，若成功则继续下面的步骤；

S12：调用GetProcAddress函数获取cuInit，cuDeviceGetCount，CUDACreateContext函数，若成功则继续下面的步骤；

S13：调用LoadLibrary函数加载nvEncodeAPI模块，如果失败则代表该Nvidia显卡不支持NVENC硬件编码，若成功则继续下面的步骤；

S14：调用GetProcAddress函数获取NvEncodeAPICreateInstance函数，若成功则继续下面的步骤；

S15：调用NvEncodeAPICreateInstance函数，初始化NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST结构实例标记为nvEncodeAPI，该结构中包含有下面所需要的进行编码的所有接口，如果该函数调用成功，则代表成功获取到了需要进行硬件编码的所有接口，也即确定初始化NVENC环境成功，如果失败，则表明获取编码接口失败，不能进行硬件编码。

在通过S1初始化NVENC环境之后，本发明实施例提供的基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法进入S2，即初始化H265硬件编码器，具体来讲，是在S1中通过调用NVEncodeAPICreateInstance初始化NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST结构成功后，需要调用该结构中的相关接口来完成编码器的初始化工作，可以通过如下步骤实现：

S21：创建CUDA环境块，具体可以是调用步骤1中获取到的CUDACreateContext函数，创建一个CUDA环境块m_nvContext，若成功则继续下面的步骤。

S22：创建H265硬件编码器，具体可以是初始化一个NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS的结构，并将该结构的apiVersion字段设置为NVENCAPI_VERSION值，version字段设置为NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER值，将device字段设置为上步中创建的m_nvContext值，将deviceType设置为NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA值，然后调用NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST结构中的nvEncOpenEncodeSessionEx函数，将该结构传入到该函数的第一个参数中，若成功则将获取到H265硬件编码器的接口标记为m_nvEncoder，并继续下面的步骤；

S23：根据待编码视频的图像参数初始化H265硬件编码器，具体可以是通过如下步骤实现：初始化一个类型为NV_ENC_PRESET_CONFIG的结构，将该结构的version字段设置为NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER值，调用nvEncodeAPI结构中的nvEncGetEncodePresetConfig函数，将上步中获取到的m_nvEncoder传入到该函数的第一个参数中，将NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID(H265编码器标识符)传入到该函数的第二个参数中，从而获取上面的NV_ENC_PRESET_CONFIG结构值，以及初始化NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS结构，具体可以是将NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID值设置到该结构的encodeGUID字段中，将待编码视频的宽度设置到该结构的encodeWidth字段中，将待编码视频的高度设置到encodeHeight字段中，将待编码视频的帧率设置到该结构的frameRateNum字段中，将待编码视频的码率设置到该结构的maxBitRate字段中。然后调用nvEncodeAPI结构中的nvEncInitializeEncoder函数对m_nvEncoder进行初始化，如果初始化成功则可以进入后面的步骤进行H265硬件编码。

在通过S2初始化H265硬件编码器之后，本发明实施例提供的基于NvidiaMaxwell2显卡的H265硬件编码方法进入S2，即分配图像输入源，具体来讲，可以是创建一个类型为NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的图像输入源，该结构用来表示一个要编码的图像。将NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的version字段设置为NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER，将NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的width字段设置为视频的宽度，将该结构的height字段设置为视频的高度，将NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的bufferFmt字段设置为NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL，表示要编码的图像源是一个NV12的图像格式。然后调用nvEncodeAPI中的nvEncCreateInputBuffer函数，创建一个图像输入源，如果调用成功则进入到下面的步骤。

在通过S3分配显存表面之后，本发明实施例提供的基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法进入S4，即分配编码输出源，具体可以通过如下步骤实现：创建一个类型为NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER的编码输出源，用来接收编码后的H265码流数据。将该结构的version字段设置为NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER，size字段设置为视频分辨率的乘积，也就是视频的宽度*视频的高度，然后调用nvEncodeAPI的nvEncCreateBitstramBuffer方法创建编码输出源。

在通过S4分配编码输出源之后，本发明实施例提供的基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法进入S5，即获取H265视频编码参数。在开始编码前，需要获取H265编码器的H265序列集参数(SPS)、H265图像集参数(PPS)、H265视频集参数(VPS)，这些参数是H265解码器所需要的，如果没有这些参数，那么解码器就无法进行解码。在具体实施过程中，可以通过如下步骤实现：获取H265编码器的H265序列集参数(SPS)、H265图像集参数(PPS)、H265视频集参数(VPS)，这些参数是H265解码器所需要的，如果没有这些参数，那么解码器就无法进行解码。NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD结构用来代表SPS、PPS、VPS数据，因此调用nvEncodeAPI结构中的nvEncGetSequenceParams函数来获取这些数据，在此就不再赘述了。

在通过上述步骤实现初始化NVENC环境、初始化H265硬件编码器、分配图像输入源、分配编码输出源、获取H265视频编码参数以及基于H265视频编码参数之后，即可以开始进行H265硬件编码了，具体的过程如下：

S51：将待编码图像传入图像输入源。

因为要编码的图像是在系统内存中的，而要进行硬件编码，则必须将这些内存中的图像拷贝到系统显存中。而系统显存也就是在步骤3中创建的类型为NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的显存表面，调用nvEncodeAPI结构的nvEncLockInputBuffer方法，获取显存地址，然后调用memcpy方法，将内存中要编码的图像拷贝到获取的显存地址中，最后调用nvEncodeAPI中的nvEncUnlockInputBuffer方法，结束显存的拷贝。

S62：通过H265硬件编码器，对待编码图像进行H265硬件编码，具体可以是将要编码的图像拷贝到NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER显存表面后，调用nvEncodeAPI中的nvEncEncodePicture方法，对该显存表面进行H265硬件编码，并判断该函数的返回值，如果返回值等于NV_ENC_SUCCESS，则代表成功的完成对原始图像的编码工作，从而进入到下面的步骤并；

S63：若编码完成，则将对编码的图像对应的编码数据传入编码输出源中，具体来讲，成功完成对图像的编码工作后，调用nvEncodeAPI中的nvEncLockBitstream获取编码输出源中的数据，将该数据保存后，调用nvEncUnlockBitstram从而完成对编码输出源的操作。从而实现了利用NVENC进行H265硬件编码过程的目的，后面的图像编码操作，只需重复执行步骤6中的步骤即可，在此就不再赘述了。

基于同一发明构思，本发明实施例第二方面还提供一种直播终端，直播终端包括基于Nvidia Maxwell2显卡，该直播终端包括：

获取装置，用于获取直播图像；

编码装置，通过如第一方面介绍的方法，利用Nvidia Maxwell2显卡对直播图像进行编码；

传输装置，用于将对编码装置输出的编码数据发送给直播平台。

基于同一发明构思，本发明实施例第三方面还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面介绍的方法的步骤。

基于同一发明构思，本发明实施例第四方面还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现第一方面介绍的方法的步骤。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

由于采用了通过初始化NVENC环境、初始化H265硬件编码器、分配图像输入源、分配编码输出源、获取H265视频编码参数以及基于H265视频编码参数，通过H265硬件编码器对图像输入源的图像进行编码的技术方案，实现了利用Nvidia Maxwell第二代架构的特性进行H265硬件编码的目的，在同等视频分辨率、码率、帧率的情况下，编码后的视频体积相比H264来说减少了30％左右，并且因为是硬件编码，对用户计算机的CPU消耗并不大，从而也减少了用户CPU的消耗，提高了编码的流畅性。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于Nvidia Maxwell2显卡的H265硬件编码方法，其特征在于，所述方法包括：

初始化NVENC环境；

初始化H265硬件编码器；

分配图像输入源；

分配编码输出源；

获取H265视频编码参数；

基于所述H265视频编码参数，通过所述H265硬件编码器对所述图像输入源的图像进行编码。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始化NVENC环境，具体包括：

调用LoadLibrary函数加载nvcuda.dll模块，若成功则继续；

调用GetProcAddress函数获取cuInit，cuDeviceGetCount，CUDACreateContext函数，若成功则继续；

调用LoadLibrary函数加载nvEncodeAPI模块，若成功则继续；

调用LoadLibrary函数加载nvEncodeAPI模块，若成功则继续；

调用GetProcAddress函数获取NvEncodeAPICreateInstance函数，若成功则继续；

调用所述NvEncodeAPICreateInstance函数，初始化NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST结构实例标记为nvEncodeAPI，若成功则确定初始化NVENC环境成功。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初始化H265硬件编码器，具体包括：

创建CUDA环境块，若成功则继续；

创建所述H265硬件编码器，若成功则将获取到所述H265硬件编码器的接口标记为m_nvEncoder，并继续；

根据待编码视频的图像参数初始化所述H265硬件编码器。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分配图像输入源，具体包括：

创建一个类型为NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的图像输入源；

将所述NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的version字段设置为NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER，将所述NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的width字段设置为视频的宽度，将该结构的height字段设置为视频的高度，将所述NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER的bufferFmt字段设置为NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL；

调用nvEncodeAPI中的nvEncCreateInputBuffer函数，创建一个图像输入源。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分配编码输出源，具体包括：

创建一个类型为NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER的编码输出源；

将所述NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER的version字段设置为NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER，size字段设置为视频分辨率的乘积；

调用nvEncodeAPI的nvEncCreateBitstramBuffer方法，创建编码输出源。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取H265视频编码参数，具体包括：

调用nvEncodeAPI结构中的nvEncGetSequenceParams函数，获取H265序列集参数、H265图像集参数和H265视频集参数。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述H265视频编码参数，通过所述H265硬件编码器对所述图像输入源的图像进行编码，具体包括：

将待编码图像传入所述图像输入源；

通过所述H265硬件编码器，对所述待编码图像进行H265硬件编码，并判断编码是否完成；

若编码完成，则将对所述编码的图像对应的编码数据传入所述编码输出源中。

8.一种直播终端，其特征在于，所述直播终端包括Nvidia Maxwell2显卡，所述直播终端包括：

获取装置，用于获取直播图像；

编码装置，通过如权利要求1-7中任一项所述的方法，利用Nvidia Maxwell2显卡所述对所述直播图像进行编码；

传输装置，用于将对所述编码装置输出的编码数据发送给直播平台。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。