CN115941967A - 一种基于全码流的视频编解码加速方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于全码流的视频编解码加速方法，包括将待解码的码流数据通过CNRT接口拷入到输入缓存单元，经过VPU视频处理单元得到解码后的图像数据；通过使用解码回调函数获取输出缓存单元中的信息，拷贝出解码后的图像数据；作为待编码的图像数据，编解码控制单元读取输入缓存单元中的待编码的图像数据进行重新编码，得到业务需要的编码后新码流数据；再将新码流数据写入输出缓存单元，编解码应用模块通过回调函数获取输出缓存单元中的信息，编解码应用模块拿到输出缓存单元中的信息待调用；本发明能够提供一种可降低CPU的占用率，有效实现提升视频并发接入和并发输出的能力的基于全码流的视频编解码加速方法。
Description
技术领域
本发明属于交通大数据相关技术领域，具体涉及一种基于全码流的视频编解码加速方法。
背景技术
现阶段视频编解码技术主要应用领域是数字媒体、直播、智慧交通、安防监控等，在互联网时代中对于能够实时转换任意格式的视频码流的并发视频接入及并发输出能力方面是未来市场发展的一个核心趋势。海量的视频数据内容需要海量的计算能力，CPU计算资源宝贵，若继续使用CPU进行视频处理操作不但难以满足市场需求，甚至逐渐暴露出低效率且高成本的弊端，所以通过硬件实现视频编解码、转码是非常必要的。
现有架构单独采用基于libx264库进行软件转码时，CPU的24个核全部占满，使CPU占用率较高；若要实现高通量的视频编解码，来提升视频并发接入和并发输出的能力，需消耗极高的内存，来降低整体系统的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低CPU的占用率，通过消耗少量内存实现高通量的视频编解码，有效实现提升视频并发接入和并发输出的能力且提高整体系统性能的基于全码流的视频编解码加速方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于全码流的视频编解码加速方法，包括如下：步骤S1、Application编解码应用模块将待解码的码流数据通过CNCodec接口cnvideoDecFeedData输入给CNCodec编解码模块，将码流数据通过CNRT接口cnrtMemcpy拷入输入缓存单元，并控制 VPU视频处理单元读取输入缓存单元中的码流数据进行解码，得到图像数据；所述CNCodec接口包括但不限于cnvideoDecFeedData内存数据映射、cncodecMap效率优于数据交换；CNRT接口包括但不限于cnrtMemcpy内部数据交换接口。
步骤S2、将经步骤S1解码后得到的图像数据写入输出缓存单元，Application编解码应用模块再通过回调函数获取输出缓存单元中的图像数据，Application编解码应用模块通过使用CNCodec SDK设计解码回调函数pfnCncodecEventCallback（回调函数包括解码序列信息回调函数PCNSEQUENCECALLBACK、解码一帧完成回调函数PCNNEWFRAMECALLBACK、事件回调函数PCNEVENTCALLBACK），并通过CNRT接口cnrtMemcpy从输出缓存单元拷贝出解码后的原始图像数据；
步骤S3、将步骤S2中拷贝出的图像数据作为待编码的图像数据，存储到输入缓存单元，通过CNCodec接口cnvideoEncFeedFrame 输入给 CNCodec，并控制 VPU视频处理单元读取输入缓存单元中的待编码的图像数据进行编码，得到业务需要的编码后的视频数据；
步骤S4、将经步骤S3编码后得到的码流数据写入输出缓存单元，Application编解码应用模块通过回调函数获取输出缓存单元中的信息，Application编解码应用模块通过使用CNCodec SDK设计编码回调函数pfnCncodecEventCallback（回调函数包括编码一帧完成回调函数PCNNEWBITCALLBACK，事件回调函数PCNEVENTCALLBACK）Application（编解码应用模块），拿到输出缓存单元中的信息后，再基于CNRT接口cnrtMemcpy接口或者CNCodec接口cncodecMap 接口来访问输出数据，以实现将硬件层的数据交换至应用层，应用层拿到视频数据开展后续业务。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中，输入缓存单元中的数据支持两种码流的发送方式：按NAL单元发送和按固定大小chunk发送；按NAL单元发送：首先Application编解码应用模块分割出输入码流的NAL 单元，然后逐个发送给解码器解码；按固定大小chunk发送，Application编解码应用模块首先按固定大小读取码流，逐个固定大小chunk发给解码器解码。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，解码后得到的图像数据支持1：2 或者1：4缩放方式，且支持水平和垂直同时缩放方式，对应输出缓存单元需配置为存储缩放后图像的大小，启用缩放功能在调用接口cnvideoDecStart时，设置函数入参createInfo的宽度和高度为缩放后的值。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中，编解码模块的配置选项包括视频格式、图片格式、码流规格、编码H.264的支持等级、编码H.265的支持等级、码率控制、ROI、GOPlength、B帧数量、GOP类型、熵编码模式、运动矢量搜索窗口范围和多片模式。
作为本发明的进一步改进，所述编码H.264支持4或4.1或4.2或5或5.1或5.2的编码级别，编码H.265支持4或4.1或4.2或5或5.1或5.2或6或6.1或6.2的编码级别。
作为本发明的进一步改进，所述码率控制有两种方式，包括Variable Bit Rate方式和Fixed QP 方式；Variable Bit Rate方式通过指定目标比特率和量化参数范围maxQP和minQP实现；Fixed QP方式通过分别指定 I、P和B 帧的固定量化参数实现。
作为本发明的进一步改进，所述编解码模块的配置选项中Region Of Interest重要区域感兴趣区域编码在进行编码H.264、H.265和VP9时，CNCodec支持ROI编码，且支持16个区域，每个区域的大小16×16；每个区域的编码指定固定量化参数；16个区域的索引值为0～15，当区域出现重叠，优先使用索引值低的区域；当编码进行码流控制时，则ROI编码失效。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中，编解码模块的配置选项中编码H.264和编码H.265时支持指定三类GOP类型：BIDIRECTIONAL、 LOW_DELAY和PYRAMID。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中，编解码模块的配置选项中当编码H.264时，设置 Profile 为 Main Profiel主流画质时选用CAVLC自适应变长编码或者CABAC熵编码模式；在进行编码H.264和编码H.265时，支持配置计算运动矢量时的水平搜索范围和垂直搜索范围，水平方向支持±128 像素，垂直方向支持±64个像素；同时支持配置单片最大宏块数据量，当单帧的宏块数量超过单个片设定的最大宏块数量时，单帧的宏块会分布在多个片中。
作为本发明的进一步改进，所述VPU视频处理单元包括VPU驱动模组、Firmware固件和VPU处理内核。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本技术方案通过VPU视频处理单元在工作时，配置VPU视频处理单元的一个输入缓存单元和一个输出缓存单元；解码时，Application将待解码的码流数据拷贝到输入缓存，解码完成后，通过回调函数从输出缓存拷贝出已解码的图像数据，数据类型为帧数据。
编码时，Application将已解码的图像数据转换成待编码的图像数据，通过接口拷贝到编码器的输入缓存单元，待编码完成后，从输出缓存拷贝出已编码的码流数据。
在资源利用率上，以往单独采用CPU编码库进行软件转码，CPU的24个核全部占满，而采用该方法后，通过获得已编码压缩过的码流数据，数据类型为比特数据，将CPU占用率降低很多，用消耗极少的内存实现了高通量的视频编解码；在全码流视频并发接入和并发输出能力上具有很高的并行效率，可为系统提供远超CPU的超高能效比。
附图说明
图1为本发明设置一个输入缓存单元和一个输出缓存单元时视频解码流程图；
图2为本发明设置一个输入缓存单元和一个输出缓存单元时视频编码流程图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于理解本技术方案，现对本文中涉及的专业术语进行解释说明如下：
CNCodec是指编解码器，用于对数据进行编码或解码处理。
cnvideoDecFeedData是指待解码数据输入输入接口。
cnrtMemcpy是指内部数据交换接口。
cnvideoDecStart是指解码开始函数。
createInfo是指图像处理参数。
PCI-e的全称是Peripheral Component Interconnect Express，是一种高速串行计算机扩展总线标准。
Firmware一般指固件，固件(Firmware)就是写入EPROM（可擦写可编程只读存储器）或EEPROM(电可擦可编程只读存储器)中的程序。
ROI是Region Of Interest的缩写，是指感兴趣区域编码。
Variable Bit Rate是指可变码率；Fixed QP是指固定量化参数。
GOP为组图，是一种与MPEG视频编码相关的术语，具体是一组图片以增强视频序列的视觉效果的方式组合在一起；length指的是长度。
请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：一种基于全码流的视频编解码加速方法，包括以下步骤：
步骤（S1）、Application（编解码应用模块）将待解码的码流数据通过CNCodec接口cnvideoDecFeedData 输入给 CNCodec，CNCodec将码流数据通过CNRT接口cnrtMemcpy拷入输入缓存单元，并控制 VPU视频处理单元读取输入缓存单元中的码流数据进行解码，得到图像数据；CNCodec接口包括但不限于cnvideoDecFeedData、cncodecMap ；CNRT接口包括但不限于cnrtMemcpy。
步骤（S2）、将经步骤（S1）解码后得到的图像数据写入输出缓存单元，Application（编解码应用模块）再通过回调函数获取输出缓存单元中的图像数据，Application（编解码应用模块）通过使用CNCodec SDK设计解码回调函数pfnCncodecEventCallback（回调函数包括解码序列信息回调函数PCNSEQUENCECALLBACK，解码一帧完成回调函数PCNNEWFRAMECALLBACK，事件回调函数PCNEVENTCALLBACK）并通过CNRT接口cnrtMemcpy从输出缓存单元拷贝出解码后的图像数据；
步骤（S3）、将步骤（S2）中拷贝出的图像数据作为待编码的图像数据，存储到输入缓存单元，通过CNCodec接口cnvideoEncFeedFrame 输入给 CNCodec，并控制 VPU视频处理单元读取输入缓存单元中的待编码的图像数据进行编码，得到码流数据；
步骤（S4）、将经步骤（S3）编码后得到的码流数据写入输出缓存单元，Application（编解码应用模块）通过回调函数获取输出缓存单元中的信息，Application（编解码应用模块）通过使用CNCodec SDK设计编码回调函数pfnCncodecEventCallback（回调函数包括编码一帧完成回调函数PCNNEWBITCALLBACK，事件回调函数PCNEVENTCALLBACK）Application（编解码应用模块）拿到输出缓存单元中的信息后，再基于CNRT接口cnrtMemcpy接口或者CNCodec接口cncodecMap 接口来访问输出数据。
步骤（S1）中，输入缓存单元中的数据支持两种码流的发送方式：按NAL单元发送和按固定大小（chunk）发送；按NAL单元发送：首先Application（编解码应用模块）分割出输入码流的NAL 单元，然后逐个发送给解码器（即VPU视频处理单元）解码；按固定大小（chunk）发送，Application（编解码应用模块）首先按固定大小读取码流，逐个固定大小（chunk）发给解码器解码，解码器：一个支持CNCodec 的板卡提供最多 144 个编解码实例，一个实例对应一个编解码通道，每个通道对1路视频编码或解码，编解码应用模块使用 CNCodec 的编解码功能时需要先创建编解码器实例，再通过创建实例发送待解码或编码的数据给硬件进行编码或解码，异步编码或解码后的数据通过回调函数向编解码应用模块输出，同步编码或解码的数据通过输入数据接口返回输出数据，编解码结束后销毁所创建的编码器实例或解码器实例。
步骤（S2）中，解码后得到的图像数据支持1：2 或者1：4缩放方式，且支持水平和垂直同时缩放方式，对应输出缓存单元需配置为存储缩放后图像的大小，启用缩放功能在调用接口cnvideoDecStart 时，设置函数入参createInfo的宽度和高度为缩放后的值。
步骤（S3）中，编解码模块的配置选项包括视频格式、图片格式、码流规格、编码H.264的支持等级、编码H.265的支持等级、码率控制、ROI（Region Of Interest感兴趣区域编码）、GOP length、B帧数量、GOP类型、熵编码模式、运动矢量搜索窗口范围和多片模式。
步骤（S3）中，编码H.264支持4或4.1或4.2或5或5.1或5.2，编码 H.265支持4或4.1或4.2或5或5.1或5.2或6或6.1或6.2。
码率控制有两种方式，Variable Bit Rate方式和Fixed QP 方式；Variable BitRate方式通过指定目标比特率和量化参数范围maxQP和minQP实现；Fixed QP方式通过分别指定 I、P和B 帧的固定量化参数实现。
编解码模块的配置选项中Region Of Interest 感兴趣区域编码在进行编码H.264、H.265和VP9时，CNCodec支持ROI编码，且支持16个区域，每个区域的大小16×16；每个区域的编码指定固定量化参数；16个区域的索引值为0～15，当区域出现重叠，优先使用索引值低的区域；当编码进行码流控制时，则ROI编码失效，ROI 通过cnvideoEncSetAttributes 进行配置。
步骤（S3）中编解码模块的配置选项中编码H.264和编码H.265时支持指定三类GOP类型：BIDIRECTIONAL双向型、LOW_DELAY低延迟型和PYRAMID金字塔型，结合设定单个GOP中P、B帧的数量，得到用户预期的编码序列。
步骤（S3）中，编解码模块的配置选项中当编码H.264 时，设置 Profile 为 MainProfiel 时选用CAVLC或者CABAC熵编码模式；在进行编码H.264和编码H.265时，支持配置计算运动矢量时的水平搜索范围和垂直搜索范围，水平方向支持±128 像素，垂直方向支持±64个像素；同时支持配置单片最大宏块数据量，当单帧的宏块数量超过单个片设定的最大宏块数量时，单帧的宏块会分布在多个片中。
解码数据流程及编码数据流程中都需要配置一组输入缓存单元和输出缓存单元，CNCodec接口与Device DDR数据储存模块之间、CNRT接口与VPU视频处理单元之间均通过PCI-e通道进行数据连接；各自所需缓存通过Application（编解码应用模块）进行分配，分配时，Application（编解码应用模块）需要通过提供的CNRT接口进行分配，需要注意的是应用分配编码使用输出缓存大小必须是8 x 1024 x 1024，分配解码使用的输入缓存大小必须是4 x 1024 x 1024；编解码任务实际执行时，一个编解码实例会对应一个具体的编解码硬件实例，一个硬件实例最大支持4核并行处理数据，一个核至少需要2个输入和2个输出缓存来保证最快运行效率，4核则至少需要 8个。解码时，通过解码序列信息回调函数获得所需输入缓存单元和输出缓存单元的最少个数，如果是按 NAL（Network Abstrack Layer）单元输入数据给解码器解码，为了保证编解码硬件实例运行效率，申请的输入缓存个数和输出缓存个数应该在 8个以上；如果是按固定块大小读入数据给解码器解码，申请的输入缓存单元和输出缓存单元应为2个以上；同理，编码时所需的输入缓存单元和输出缓存单元建议申请8个以上。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤S1：编解码应用模块将待解码的码流数据通过CNCodec接口输入给编解码模块，编解码模块将码流数据通过CNRT接口拷入到输入缓存单元，VPU视频处理单元读取输入缓存数据进行解码，得到解码后的图像数据；
步骤S2：步骤S1的VPU视频处理单元进行解码后得到的图像数据写入输出缓存单元，通过使用解码回调函数获取输出缓存单元中的信息，编解码应用模块通过CNRT接口从输出缓存单元拷贝出解码后的图像数据；
步骤S3：将步骤S2中拷贝出解码后的图像数据作为待编码的图像数据，存储到输入缓存单元，通过CNRT接口输入给编解码模块，编解码控制单元控制VPU视频处理单元读取输入缓存单元中的待编码的图像数据进行重新编码，得到业务需要的编码后新码流数据；
步骤S4：将经步骤S3的VPU视频处理单元将编码后得到的新码流数据写入输出缓存单元，编解码应用模块通过回调函数获取输出缓存单元中的信息，编解码应用模块拿到输出缓存单元中的信息后，再基于CNRT接口或者CNCodec接口来访问输出数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述步骤S1中，输入缓存单元中的数据支持按NAL单元发送和按固定大小chunk发送的两种码流发送方式，具体包括：
按NAL单元发送，具体是首先分割出输入码流的NAL单元，然后逐个发送给解码器解码；
按固定大小chunk发送，具体首先按固定大小读取码流，然后逐个固定大小chunk发给解码器解码。
3.根据权利要求1所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述步骤S2中，解码后得到的图像数据支持1：2 或者1：4缩放方式，且支持水平和垂直同时缩放方式，对应输出缓存单元需配置为存储缩放后图像的大小，启用缩放功能在调用接口cnvideoDecStart时，设置函数入参createInfo的宽度和高度为缩放后的值。
4.根据权利要求1所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述步骤S3中，编解码模块的配置选项包括视频格式、图片格式、码流规格、编码H.264的支持等级、编码H.265的支持等级、码率控制、ROI、GOP length、B帧数量、GOP类型、熵编码模式、运动矢量搜索窗口范围和多片模式。
5.根据权利要求4所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述编码H.264支持4或4.1或4.2或5或5.1或5.2的编码级别，编码H.265支持4或4.1或4.2或5或5.1或5.2或6或6.1或6.2的编码级别。
6.根据权利要求4所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述码率控制有两种方式，包括Variable Bit Rate方式和Fixed QP 方式，具体Variable BitRate方式通过指定目标比特率和量化参数范围maxQP和minQP实现；Fixed QP方式通过分别指定I、P和B帧的固定量化参数实现。
7.根据权利要求4所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述编解码模块的配置选项中Region Of Interest感兴趣区域编码在进行编码H.264、H.265和VP9时，CNCodec支持ROI编码，且支持16个区域，每个区域的大小16×16；每个区域的编码指定固定量化参数；16个区域的索引值为0～15，当区域出现重叠使用索引值低的区域；当编码进行码流控制时，则ROI编码失效。
8.根据权利要求4所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述编解码模块的配置选项中编码H.264和编码H.265时支持指定三类GOP类型：BIDIRECTIONAL、LOW_DELAY和PYRAMID。
9.根据权利要求4所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述编解码模块的配置选项中当编码H.264 时，设置 Profile为Main Profiel时选用CAVLC或者CABAC熵编码模式；在进行编码H.264和编码H.265时，支持配置计算运动矢量时的水平搜索范围和垂直搜索范围，水平方向支持±128像素，垂直方向支持±64个像素；同时支持配置单片最大宏块数据量，当单帧的宏块数量超过单个片设定的最大宏块数量时，单帧的宏块会分布在多个片中。
10.根据权利要求1所述的一种基于全码流的视频编解码加速方法，其特征在于：所述VPU视频处理单元包括VPU驱动模组、Firmware固件和VPU处理内核。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20230407 |