CN112672166B - 一种视频解码器的多码流解码加速系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种视频解码器的多码流解码加速系统及方法，其方法包括步骤：S1：解码加速系统启动时为每个解码通道进行属性设置，其中属性包括解码格式；S2：上层业务程序接收待解码视频数据，并将待解码视频数据发送到解码加速系统；S3：解码加速系统为任一待解码视频数据选择一解码通道，并将所述待解码视频数据与所述解码通道映射绑定；S4：解码加速系统将与任一解码通道映射绑定的待解码视频数据分段放入对应的数据队列中，解码通道管理其对应的数据队列，不断地从数据队列中取出数据并组装成解码器模块需求的数据结构送入解码器模块解码；S5：解码加速系统通过回调函数将解码器模块解码后的图像数据送回业务程序的图像缓存。
Description
技术领域
本发明涉及视频数据处理技术，具体而言，涉及一种视频解码器的多码流解码加速系统及方法。
背景技术
随着移动互联网和物联网的广泛应用，网络视频的数量巨大，且单个视频的长度也非常长，因此在传输过程中通常采用编码压缩的方式。解码器用于接收这些视频，并对其进行浏览或者图像内容解析。常见的视频格式包括flv，asf，wmv，mp4等格式，也可以是ts等网络传输流，通常的视频解码流程为业务程序先提取出H.264、H.265等常见编码格式，再送入解码器，解码器将解出的图像数据送回上层业务程序，业务程序继续处理图像，例如解析或显示等。
现有技术中使用的解码器可以接收固定路数视频流，没有考虑并发的加速逻辑，这种解码器的性能没有充分发挥出来，通常采用通过PCIE方式连接主卡和解码卡，一路解码即对应一路码流，代表性产品如网络视频存储播放设备。图1为现有技术中视频解码器的解码处理示意图，如图1所示，此类产品主要用于网络摄像头的若干路回显播放、码流存储，基本可实现16路1080p的解码处理，其中，解码卡一解码通道根据设定的解码格式从主卡接收对应格式的码流，解码完成后返回主卡解码后的数据。如果需解码的码流较多时，解码卡内的解码通道无法复用，超出设计范围的码流进入等待状态或者无法被正确接收，并且每一解码通道能够处理码流的格式是预先设置好的，如果输入的码流格式发生变化，需要重新开关解码器并重新设置，控制流程耗时较长。另外，如果采用多个解码卡的方式，则需要考虑多卡间的协调逻辑，否则即使增加解码卡也无法实现解码性能的大幅度提高。
发明内容
为了解决现有问题的不足，本发明提供一种视频解码器的多码流解码加速系统及方法，通过多个解码卡设备的多个解码通道配置固定解码格式，并通过队列的方式实现大量不同格式码流数据的并行解码，以提高解码效率，并将解码卡性能充分利用。
为达到上述目的，本发明提供了一种视频解码器的多码流解码加速系统，其与上层业务程序数据连接，包括一主机服务器与多个专用解码加速卡，其中：
每个专用解码加速卡包括多条解码通道和一解码器模块，每个专用解码加速卡通过PCIE与主机服务器连接，且通过专门的驱动配置与主机服务器通信；
主机服务器，对应每个专用解码加速卡的解码通道设置有多条服务器端解码通道，每条服务器端解码通道设置一对应的数据队列。
在本发明一实施例中，其中，主机服务器与任一专用解码加速卡均包含内存空间，且主机服务器与任一专用解码加速卡的数据传输是通过至少一次内存间的数据拷贝实现的。
为达到上述目的，本发明还提供了一种视频解码器的多码流解码加速方法，其包括以下步骤：
S1：解码加速系统启动时为每个解码通道进行属性设置，其中属性包括解码格式；
S2：上层业务程序接收待解码视频数据，并将待解码视频数据发送到解码加速系统；
S3：解码加速系统为任一待解码视频数据选择一解码通道，并将所述待解码视频数据与所述解码通道映射绑定；
S4：解码加速系统将与任一解码通道映射绑定的待解码视频数据分段放入对应的数据队列中，所述解码通道管理其对应的数据队列，不断地从数据队列中取出数据并组装成解码器模块需求的数据结构送入解码器模块解码；
S5：解码加速系统通过回调函数将解码器模块解码后的图像数据送回业务程序的图像缓存。
在本发明一实施例中，其中，步骤S2中待解码视频数据包括：来自网络的视频码流和从本地读取的视频文件。
在本发明一实施例中，其中，步骤S3具体为：解码加速系统为每一数据源的待解码视频数据设置一pid标志，且将每一pid标志映射绑定一解码通道，其中，任一数据源的待解码视频数据的pid标志与其他数据源的待解码视频数据的pid标志均不相同，且每一pid标志对应唯一解码通道。
在本发明一实施例中，其中，任一数据源通过pid映射绑定解码通道时，还包括解码格式的逻辑判断，具体为：解码加速系统根据数据源的解码格式选择S1中设置有相同解码格式的解码通道进行映射绑定。
在本发明一实施例中，其中，步骤S4具体为：
S41：在解码加速系统中为每一解码通道建立一数据队列；
S42：将每一待解码视频数据按照预设大小分成数据片段，并根据待解码视频数据的pid标志按序缓存到对应数据队列中，其中，每个数据片段设置有一pts标志，解码加速系统将所有解码通道信息记录到信息管理链表中，其中解码通道信息包括pid标志和pts标志信息；
S43：解码器模块从每一解码通道读取对应数据队列中组装成解码器模块需求的数据结构的数据片段，并对数据片段解码。
在本本发明一实施例中，其中，步骤S5具体为：
S51：通过回调函数查看任一帧解码后的图像数据中的pts标志和pid标志，并找到相同pts标志和pid标志的解码前数据片段；
S52：通过回调函数查看下一帧解码后的图像数据中的pts标志和pid标志，并与S51中的pts标志进行比对，若相同则进入S53，若不同则进入S54；
S53：回调函数判断S52的图像数据与S51的图像数据为同一数据片段的图像数据，并根据对应数据片段的pid标志回传到上层业务程序，重复S52；
S54：回调函数判断S52的图像数据与S51的图像数据不是同一数据片段的图像数据，S51的图像数据对应的数据片段解码完成，进入S55；
S55：通过pop指令从信息管理链表中获取解码通道信息，并检查对应pid的数据片段的计数值是否为0，当计数值为0，则对应pid的所有待解码数据解码完成，解码系统删除对应pid与解码通道的映射关系并释放解码通道。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)通过固定配置每个解码通道的解码格式，按照业务需求发送诸如H264，H265，VP8等格式到对应的解码通道，避免不同解码格式需要将解码器多次开关的问题。
(2)通过管理多个解码加速卡，根据业务需求选择不同解码加速卡解码，提高解码加速卡的使用效率。
(3)每一路解码通道单独管理对应通道内的待解码数据队列，且解码通道可复用，以实现多路并发解码任务的执行，使解码加速卡的性能使用率达到最大化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术中视频解码器的解码处理示意图；
图2为本发明一实施例的解码加速系统架构图；
图3为本发明一实施例中多路并发解码的示意图；
图4为本发明一实施例中通过回调函数处理解码后图像数据的流程图；
附图标记说明：10-业务程序；20-主机服务器；30-专用解码加速卡。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图2为本发明一实施例的解码加速系统架构图，如图2所示，本发明提供了一种视频解码器的多码流解码加速系统，其与上层业务程序(10)数据连接，解码加速系统包括一主机服务器(20)与多个专用解码加速卡(30)，其中：
每个专用解码加速卡(30)包括多条解码通道和解码器模块，每个专用解码加速卡(30)通过PCIE与主机服务器(30)连接，且通过专门的驱动配置与主机服务器(20)通信，其中，PCIE(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准；
主机服务器(20)，对应每个专用解码加速卡(30)的解码通道设置有多条服务器端解码通道(Chn0、Chn1、……ChnN)，每条服务器端解码通道设置一对应的数据队列。
在本实施例中，主机服务器(20)与任一专用解码加速卡(30)均包含内存空间，且主机服务器(20)与任一专用解码加速卡(30)的数据传输是通过至少一次内存间的数据拷贝实现的。
在本实施例中，主机服务器中Dev0对应的服务器端解码通道Chn0、Chn1……ChnN与专用解码加速卡0的解码通道一一对应；主机服务器中Dev1对应的服务器端解码通道Chn0、Chn1……ChnN与专用解码加速卡1的解码通道一一对应；以此类推，在主机服务器内为每个专用解码加速卡的每条解码通道设置一一对应的服务器端解码通道，以此形成一解码加速系统的解码通道，每条解码通道对应设置有一数据队列，以用于多路解码的并发执行。
本发明提供了一种视频解码器的多码流解码加速方法，其包括以下步骤：
S1：解码加速系统启动时为每个解码通道进行属性设置，其中属性包括解码格式；例如，设置解码格式为H.264的解码通道只能接收并解码格式为H.264的视频数据，设置解码格式为H.265的解码通道只能接收并解码格式为H.265的视频数据，以避免输入数据格式变化时需要重新开关和设置解码加速系统。
S2：上层业务程序接收待解码视频数据，并将待解码视频数据发送到解码加速系统；
在本实施例中，其中，步骤S2中待解码视频数据包括：来自网络的视频码流和从本地读取的视频文件。
S3：解码加速系统为任一待解码视频数据选择一解码通道，并将所述待解码视频数据与所述解码通道映射绑定；
在本实施例中，其中，步骤S3具体为：解码加速系统为每一数据源的待解码视频数据设置一pid标志，且将每一pid标志映射绑定一解码通道，其中，任一数据源的待解码视频数据的pid标志与其他数据源的待解码视频数据的pid标志均不相同，且每一pid标志对应唯一解码通道，其中，pid(Process Identification)为进程识别号，也称作进程标识符，本实施例通过pid标志区别不同数据源的待解码视频数据。
在本实施例中，其中，数据源通过pid映射绑定解码通道时，还包括解码格式的逻辑判断，具体为：解码加速系统根据数据源的解码格式选择S1中设置有相同解码格式的解码通道进行映射绑定。例如，数据源输入H.264格式待解码数据只能映射绑定到S1中设置属性为H.264的解码通道。
S4：解码加速系统将与任一解码通道映射绑定的待解码视频数据分段放入对应的数据队列中，所述解码通道管理其对应的数据队列，并不断地从数据队列中取出数据组装成解码器模块需求的数据结构送入解码器模块解码；
在本实施例中，其中，步骤S4具体为：
S41：在解码加速系统中为每一解码通道建立一数据队列；
S42：将每一待解码视频数据按照预设大小分成数据片段，并根据待解码视频数据的pid标志按序缓存到对应数据队列中，其中，每个数据片段设置有一pts标志，pts(present time stamp)为一种时间戳标识，在本实施例中，使用pts作为标志来区分不同的数据片段，从而确保每个解码通道读取队列时，连续读出的数据片段来自同一待解码视频数据，解码加速系统将所有解码通道信息记录到信息管理链表中，其中解码通道信息包括pid标志和pts标志信息；
S43：解码器模块从每一解码通道读取对应数据队列中组装成解码器模块需求的数据结构的数据片段，并对数据片段解码。
图3为本发明一实施例中多路并发解码的示意图，如图3所示，在本实施例中，解码加速系统为来自数据源0的待解码视频数据设置pid标志为pid0，并通过pid0将来自数据源0的待解码视频数据映射绑定到解码通道0(chn0)，在解码加速系统中为解码通道0(chn0)建立通道0数据队列(Chn0数据队列)，将来自数据源0的待解码视频数据分成多个数据片段(chunk0，chunk1，……)并按序放入通道0数据队列(Chn0数据队列)中，为每个数据片段设置一pts标志，由此，来自数据源0的待解码视频数据中的多个数据片段(chunk0，chunk1，……)可以通过其pts标志和pid0确保唯一性；解码加速系统为来自数据源1的待解码视频数据设置pid标志为pid1，并通过pid1将来自数据源1的待解码视频数据映射绑定到解码通道1(chn1)，在解码加速系统中为解码通道1(chn1)建立通道1数据队列(Chn1数据队列)，将来自数据源1的待解码视频数据分成多个数据片段(chunk0，chunk1，……)并按序放入通道1数据队列(Chn1数据队列)，为每个数据片段设置一pts标志，由此，来自数据源1的待解码视频数据中的多个数据片段(chunk0，chunk1，……)可以通过其pts标志和pid1确保唯一性；以此类推，当通道0(chn0)完成pid0的解码任务并释放后，新的pidX的待解码视频数据再与通道0(chn0)映射绑定。因此，通过pid可以确保每个解码通道读取队列时，连续读出的数据片段来自同一个数据源，且每个解码通道无需知道各个片段间的关系，就可以将解码后的图像数据通过其pts标志和pid标志对应到待解码数据的数据源。
S5：解码加速系统通过回调函数将解码器模块解码后的图像数据送回业务程序的图像缓存。
图4为本发明一实施例中通过回调函数处理解码后图像数据的流程图，如图4所示，在本实施例中，其中，步骤S5具体为：
S51：通过回调函数查看任一帧解码后的图像数据中的pts标志和pid标志，并找到相同pts标志和pid标志的解码前数据片段；
S52：通过回调函数查看下一帧解码后的图像数据中的pts标志和pid标志，并与S51中的pts标志进行比对，若相同则进入S53，若不同则进入S54；
S53：回调函数判断S52的图像数据与S51的图像数据为同一数据片段的图像数据，并根据对应数据片段的pid标志回传到上层业务程序，重复S52；
S54：回调函数判断S52的图像数据与S51的图像数据不是同一数据片段的图像数据，S51的图像数据对应的数据片段解码完成，进入S55；
S55：通过pop指令从信息管理链表中获取解码通道信息，并检查对应pid的数据片段的计数值是否为0，当计数值为0，则对应pid的所有待解码数据解码完成，解码系统删除对应pid与解码通道的映射关系并释放解码通道，以用于继续接收另一个pid的待解码数据，其中，pop指令为一种出栈指令。
本发明通过多个解码卡设备的多个解码通道配置固定解码格式，并通过队列的方式实现大量不同格式码流数据的并行解码，以提高解码效率，并将解码卡性能充分利用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种视频解码器的多码流解码加速方法，其通过一多码流解码加速系统实现，所述多码流解码加速系统与上层业务程序数据连接，且包括一主机服务器与多个专用解码加速卡，其特征在于：
每个专用解码加速卡包括多条解码通道和一解码器模块，每个专用解码加速卡通过PCIE与所述主机服务器连接，且通过专门的驱动配置与所述主机服务器通信；
所述主机服务器中分别对应每个专用解码加速卡的解码通道设置有多条服务器端解码通道，且所述主机服务器中的每条服务器端解码通道还设置一对应的数据队列；
所述多码流解码加速方法包括以下步骤：
S1：解码加速系统启动时为每个解码通道进行属性设置，其中属性包括不同的解码格式，且每个解码通道只能接收并解码设定解码格式的视频数据；
S2：上层业务程序接收待解码视频数据，并将待解码视频数据发送到所述解码加速系统；
S3：所述解码加速系统为任一待解码视频数据选择一解码通道，并将所述待解码视频数据与所述解码通道映射绑定，具体为：所述解码加速系统为每一数据源的待解码视频数据设置一pid标志，且将每一pid标志映射绑定一解码通道，其中，任一数据源的待解码视频数据的pid标志与其他数据源的待解码视频数据的pid标志均不相同，且每一pid标志对应唯一解码通道；
任一数据源通过pid映射绑定解码通道时，还包括解码格式的逻辑判断，具体为：所述解码加速系统根据数据源的解码格式选择S1中设置有相同解码格式的解码通道进行映射绑定；
S4：所述解码加速系统将与任一解码通道映射绑定的待解码视频数据分段放入对应的数据队列中，所述解码通道管理其对应的数据队列，不断地从所述数据队列中取出数据并组装成解码器模块需求的数据结构送入所述解码器模块解码，具体为：
S41：在所述解码加速系统中为每一解码通道建立一数据队列；
S42：将每一待解码视频数据按照预设大小分成数据片段，并根据待解码视频数据的pid标志按序缓存到对应数据队列中，其中，每个数据片段设置有一pts标志，所述解码加速系统将所有解码通道信息记录到信息管理链表中，其中所述解码通道信息包括pid标志和pts标志信息；
S43：所述解码器模块从每一解码通道读取对应数据队列中组装成解码器模块需求的数据结构的数据片段，并对数据片段解码；
S5：所述解码加速系统通过回调函数将所述解码器模块解码后的图像数据送回所述业务程序的图像缓存。
2.根据权利要求1所述的解码加速方法，其特征在于，所述主机服务器与任一专用解码加速卡均包含内存空间，且所述主机服务器与任一专用解码加速卡的数据传输是通过至少一次内存间的数据拷贝实现的。
3.根据权利要求1所述的解码加速方法，其特征在于，步骤S2中所述待解码视频数据包括：来自网络的视频码流和从本地读取的视频文件。
4.根据权利要求1所述的解码加速方法，其特征在于，步骤S5具体为：
S51：通过回调函数查看任一帧解码后的图像数据中的pts标志和pid标志，并找到相同pts标志和pid标志的解码前数据片段；
S52：通过回调函数查看下一帧解码后的图像数据中的pts标志和pid标志，并与S51中的pts标志进行比对，若相同则进入S53，若不同则进入S54；
S53：回调函数判断S52的图像数据与S51的图像数据为同一数据片段的图像数据，并根据对应数据片段的pid标志回传到上层业务程序，重复S52；
S54：回调函数判断S52的图像数据与S51的图像数据不是同一数据片段的图像数据，S51的图像数据对应的数据片段解码完成，进入S55；
S55：通过pop指令从信息管理链表中获取解码通道信息，并检查对应pid的数据片段的计数值是否为0，当计数值为0，则对应pid的所有待解码数据解码完成，解码系统删除对应pid与解码通道的映射关系并释放解码通道。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Room 711c, 7 / F, block a, building 1, yard 19, Ronghua Middle Road, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing 102600 Patentee after: Beijing Zhongke Flux Technology Co.,Ltd. Address before: Room 711c, 7 / F, block a, building 1, yard 19, Ronghua Middle Road, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing 102600 Patentee before: Beijing Ruixin high throughput technology Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |