CN117170953B - 一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法，通过将基准GPU的渲染结果、被测GPU的渲染结果、基准顶点数据及被测顶点数据作为视频编码器的输入数据，再以基准GPU的渲染结果及被测GPU的渲染结果分别作为I帧和P帧的数据由视频编码器完成编码，根据编码后P帧中保存的差异块信息判断被测GPU渲染结果的正确性，实现了同时对多个被测GPU的渲染结果与基准渲染结果进行差异比对，且比对过程不依赖于将渲染结果保存为视频文件的操作，提高了渲染差异比对的处理效率。
Description
技术领域
本发明属于计算机应用开发技术领域，具体涉及一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法。
背景技术
当具有不同品牌、不同型号或不同驱动程序的GPU运行同一图形程序时，得到的图像渲染结果有可能不尽相同。因此测试GPU实现标准的正确性时就需要以现有成熟且稳定的GPU的渲染结果为基准，通过比较被测GPU的渲染结果与基准渲染结果的差异确定被测GPU的正确性。现有的比较方法，通常是将渲染结果转化为具有相同帧率的视频文件后，采用图像差异比较方法逐帧比较被测视频文件与基准视频文件来确定渲染结果的差异。由此可见，现有比较方法仅支持两个视频文件间的比较，也就是说同时仅能处理一个被测GPU，而且需要将渲染结果转换为视频文件进行保存，因此现有比较方法存在处理效率低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法，实现了同时对多个被测GPU渲染结果的差异比对。
本发明提供的一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法，包括以下步骤：
步骤1、将基准GPU及被测GPU均与测试系统相连，为被测GPU分配唯一的GPU编号，使基准GPU与被测GPU以相同的帧率同步执行图形测试程序，再逐帧同步从基准GPU及被测GPU读取渲染结果数据，同一时刻的渲染结果数据具有相同的帧编号，将从基准GPU读取的渲染结果数据记为基准渲染帧，将从被测GPU读取的渲染结果数据记为被测渲染帧；将基准渲染帧及被测渲染帧作为视频编码器的输入数据；
步骤2、以相邻基准渲染帧之间的待渲染顶点数据为基准顶点数据，以相邻被测渲染帧之间的待渲染顶点数据为被测顶点数据，将基准顶点数据及被测顶点数据均作为视频编码器的输入数据；
步骤3、视频编码器将接收到的基准渲染帧作为I帧的数据，将与基准渲染帧具有相同帧编号的被测渲染帧按GPU编号顺序作为与上述I帧对应的P帧的数据，结合基准顶点数据及被测顶点数据进行编码，编码形成的I帧中保存基准渲染帧，P帧保存被测GPU的当前渲染帧与基准渲染帧间的差异块信息；
步骤4、根据差异块信息获取其对应被测GPU的GPU编号，当差异块信息中的运动向量超过阈值或残差信息超过阈值时，则判定其对应被测GPU渲染错误。
进一步地，所述步骤1中所述将基准GPU及被测GPU均与测试系统相连的方式为：将基准GPU及被测GPU同时插在测试系统的物理接口上。
进一步地，所述步骤1中所述使基准GPU与被测GPU以相同的帧率同步执行图形测试程序，再逐帧同步从基准GPU及被测GPU读取渲染结果数据的方式为：
以相同帧率分别在基准GPU和被测GPU上运行图形测试程序，每个图形测试程序均分别以独立窗口显示，各独立窗口间互不覆盖，基准GPU对应的独立窗口记为基准窗口，被测GPU对应的独立窗口记为被测窗口；
获取基准窗口所对应显存区域的句柄，采用该句柄从显存访问基准窗口的内容；对于被测GPU，若提供了显存访问接口则采用显存访问接口获取被测窗口所对应显存区域的句柄再通过该句柄访问被测窗口的内容，否则获取被测窗口的FrameBuffer再通过FrameBuffer访问被测窗口的内容。
进一步地，所述基准顶点数据或被测顶点数据的获取方式为：通过Hook基准GPU或被测GPU提供的图形接口的顶点生成API实现数据的获取。
进一步地，所述步骤4中运动向量的生成方式为：获取待测GPU绘制当前P帧的命令，解析命令参数获取命令相关的顶点，并从这些顶点中选取在I帧和当前P帧间的坐标差值大于阈值的顶点作为计算运动向量的关键点；再计算上述关键点从I帧到当前P帧的移动距离及方向，构成上述关键点的运动向量。
进一步地，所述步骤3中所述视频编码器将接收到的基准渲染帧作为I帧的数据，将与基准渲染帧具有相同帧编号的被测渲染帧按GPU编号顺序作为与上述I帧对应的P帧的数据，结合基准顶点数据及被测顶点数据进行编码之前，若基准渲染帧和被测渲染帧存储在显存则先将帧数据复制到内存，否则不做处理。
进一步地，所述差异块信息以可视化方式显示。
进一步地，所述以可视化方式显示的过程为：解码过程中对I帧执行正常解码和渲染操作，对P帧则仅将其与I帧合成差异块信息对应的区域作为关键区域，对关键区域执行正常解码及渲染操作，关键区域以外的区域均设置为纯色再执行渲染操作。
进一步地，所述步骤4还包括：输出残差信息对应的形状、亮度或颜色的具体坐标。
有益效果
本发明通过将基准GPU的渲染结果、被测GPU的渲染结果、基准顶点数据及被测顶点数据作为视频编码器的输入数据，再以基准GPU的渲染结果及被测GPU的渲染结果分别作为I帧和P帧的数据由视频编码器完成编码，根据编码后P帧中保存的差异块信息判断被测GPU渲染结果的正确性，实现了同时对多个被测GPU的渲染结果与基准渲染结果进行差异比对，且比对过程不依赖于将渲染结果保存为视频文件的操作，提高了渲染差异比对的处理效率。
具体实施方式
下面列举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法，其核心思想是：本发明通过将基准GPU的渲染结果、被测GPU的渲染结果、基准顶点数据及被测顶点数据作为视频编码器的输入数据，再以基准GPU的渲染结果及被测GPU的渲染结果分别作为I帧和P帧由视频编码器完成编码，根据编码后P帧中保存的差异块信息判断被测GPU渲染结果的正确性。
本发明提供的一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将基准GPU及多款被测GPU均与测试系统相连，为多款被测GPU分配唯一的GPU编号，使基准GPU与多款被测GPU以相同的帧率同步执行图形测试程序，逐帧同步从基准GPU及多款被测GPU读取渲染结果数据，同时获取的渲染结果数据具有相同的帧编号，分别记为基准渲染帧及被测渲染帧；将基准渲染帧及各被测渲染帧作为视频编码器的输入数据。
其中，基准GPU一般选用成熟的商业GPU，因此通常会为视频编码器提供直接访问显存的接口，例如NVIDIA的NVENC编码器、AMD的VCE编码器和Intel的Quick Sync Video编码器等，另外，若测试系统为Windows系统则可使用DXGI（DirectX GraphicsInfrastructure）接口直接从显存获取屏幕图像。
具体包括以下步骤：
步骤1.1、将基准GPU及N个被测GPU同时插在测试系统所在测试主机的物理接口上，如PICe接口。
步骤1.2、以相同帧率分别在基准GPU和N个被测GPU上运行图形测试程序，每个图形测试程序均分别以独立窗口显示，各独立窗口之间不存在相互覆盖的情况，以防止由窗口覆盖所导致的从显存或FrameBuffer中获取到的数据不完整的问题，其中，基准GPU对应的独立窗口记为基准窗口，被测GPU对应的独立窗口记为被测窗口。
步骤1.3、分别为每个独立窗口建立与视频编码器的数据输入通道，具体为：
获取基准GPU的基准窗口所对应显存区域的句柄，采用该句柄即可直接从显存访问基准GPU上运行的图形测试程序的基准窗口的内容。通常情况下，可采用基准GPU提供的底层接口指定窗口坐标及长宽后执行对显存区域的锁定操作，即可获取该区域对应的句柄。
对于被测GPU，若被测GPU提供了显存访问接口，则采用显存访问接口即可获取运行在其上的被测窗口所对应显存区域的句柄；否则，获取被测窗口的FrameBuffer即可访问被测GPU上图形测试程序的被测窗口的内容。
其中，获取被测窗口的FrameBuffer的方式为：在Linux的X11窗口管理系统上可通过顺序调用XOpenDisplay、DefaultRootWindow、XGetWindowAttributes、XGetImage等系列方法获取被测窗口的类型为XImage的FrameBuffer，再采用XGetPixel从XImage中读取FrameBuffer的内容。
步骤2、获取相邻基准渲染帧之间的待渲染顶点数据作为基准顶点数据，获取相邻被测渲染帧之间的待渲染顶点数据作为被测顶点数据，将基准顶点数据及被测顶点数据均作为视频编码器的输入数据。
具体来说，可通过Hook各GPU提供的图形接口的顶点生成API，如OpenGL的glVertexPointer函数，获取各GPU渲染得到的相邻两个渲染帧之间的待渲染顶点数据传递给视频编码器，其中，待渲染顶点数据即为窗口中的可见顶点数据。
步骤3、视频编码器将接收到的基准渲染帧作为I帧的数据，将接收到的与基准渲染帧具有相同帧编号的所有被测渲染帧按GPU编号顺序均作为与上述I帧对应的P帧的数据，结合基准顶点数据及被测顶点数据进行编码，编码后的I帧中保存基准GPU的渲染结果，P帧保存各被测GPU的当前渲染帧与基准渲染帧之间的差异块信息。
具体来说，可通过修改视频编码器，如FFmpeg，的编码过程，实现通过视频编码器的编码计算基准GPU的基准渲染帧与被测GPU的被测渲染帧之间的差异，再以视频的形式仅保存差异信息。
现有视频编码器中，I帧是内部编码也称为关键帧，P帧是前向预测帧。I帧数据对应的是完整画面，而P帧则仅记录与前一帧或参考帧的差别数据，如果没有I帧就无法解码P帧。P帧的差异块信息一般包含运动向量、残差信息和块类型等数据，其中，运动向量是指从参考帧到当前帧移动的方向和距离，这是表示视频中运动对象的重要数据；残差信息是指当前帧与由运动预测得到的预测帧之间的差异，这通常是由物体的形状、亮度或颜色的变化等因素所导致；块类型用于说明视频解码器对P帧的解码方式，例如块类型表示P帧中是否带有运动补偿块或是仅包含DC系数的块。
现有的运动向量算法一般是先检测两帧图像中的关键点，再计算第一帧图像中每个关键点到第二帧图像中对应关键点的移动距离和方向，移动距离和方向构成了运动向量，重复上述步骤为所有关键点均生成运动向量。由所有关键点的运动向量创建向量场，该向量场即描述了图像从第一帧到第二帧的整体运动。其中，关键点通常是图像中的独特和可识别的点，例如角点或边缘等。
本发明提出了P帧中运动向量的生成方式，包括：获取待测GPU绘制当前P帧的命令，解析命令参数获取命令相关的顶点，并从这些顶点中选取在I帧和当前P帧间坐标差值大于阈值的顶点作为计算运动向量的关键点；再计算这些关键点从I帧到当前P帧的移动距离及方向，形成关键点的运动向量。待测GPU绘制当前P帧的命令，如OpenGL命令等。
本发明提出的运动向量的生成方式，相较于现有计算方式来说减少了通过分析I帧和P帧的具体数据检测关键点的步骤，并且仅选择其中具有明显位移的关键点计算运动向量，有效降低了计算的复杂度，提高了计算效率。
此外，为了提高编码的可靠性，本发明中视频编码器在对基准渲染帧和被测渲染帧进行编码前，先判断基准渲染帧和被测渲染帧的存储位置，若存储在显存则先将帧数据复制到内存再进行编码，否则可直接进行编码。
步骤4、根据编码得到的P帧差异块信息获取该P帧对应的被测GPU的GPU编号，若差异块信息中的运动向量超过阈值，则认为该P帧对应的渲染结果发生了严重的移位，判定该P帧对应的被测GPU渲染错误；若差异块信息中的残差信息超过阈值，则判定该P帧对应的被测GPU渲染错误，同时输出残差信息对应的形状、亮度或颜色等差异的具体坐标。
进一步地，为提高渲染差异比对过程的易用性，本发明以可视化的方式显示比较结果，可通过修改视频编码器的解码过程实现，具体方式为：
编码过程中将编码得到的I帧和P帧保存为视频文件，解码过程中对I帧执行正常的解码和渲染操作，对于P帧则仅将其与I帧合成差异块信息对应的区域，将其作为关键区域并进行正常解码及渲染操作，而该区域以外的地方均设置为某种纯色后再进行渲染操作。由于本发明中对差异块信息对应区域之外的待渲染数据采样设定方式确定，因此对该区域不需要再进行解码，仅需要执行渲染操作，由此能够进一步地提高处理效率。
实施例
本实例中采用本发明提供的一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法实现了同时对N个待测GPU的差异比对，具体包括以下步骤：
S1、建立渲染结果到视频编码器的输入通道。将基准GPU的渲染结果与被测GPU的渲染结果逐帧对应起来，确保其具有相同的帧率，将两类渲染结果作为视频编码器的输入，具体步骤如下：
S1.1、设基准GPU为refGPU；被测GPU的数量为N，则被测GPU记为GPU1，GPU2，…，GPUx，…，GPUN；将基准GPU与所有被测GPU同时插在测试主机的PICe物理接口上，x属于[1,N]。
S1.2、以相同帧率分别在refGPU和GPUx上运行图形测试程序，每个图形测试程序都对应一个独立窗口，窗口之间不存在相互覆盖的情况。
S1.3、为每个独立窗口建立与视频编码器的数据输入通道：
对于refGPU，获取运行在其上的图形测试程序对应独立窗口的显存区域的句柄，此句柄即可用来直接从显存访问refGPU上图形测试程序的窗口内容。
对于GPUx，判断该GPU是否提供了与refGPU提供的类似显存访问接口：若提供了类似接口，则使用与refGPU类似的方法获取运行在其上的图形测试程序窗口的显存对应区域的句柄；否则，获取该窗口的FrameBuffer，通过FrameBuffer即可访问GPUx上图形测试程序的窗口内容。
例如，在Linux的X11窗口管理系统上可通过顺序调用XOpenDisplay、DefaultRootWindow、XGetWindowAttributes、XGetImage系列方法获取被测窗口的类型为XImage 的FrameBuffer，并在后续需要使用时通过XGetPixel从XImage中读取FrameBuffer的内容。
S2、记录各GPUx的两帧间的顶点数据，Hook各GPUx提供的图形接口的OpenGL的glVertexPointer函数，将各GPUx两帧之间的可见顶点数据传递给视频编码器。
S3、修改FFmpeg的编码过程，实现通过编码将refGPU与GPUx的差异以视频的形式保存下来，具体步骤如下：
S3.1、建立渲染结果到视频编码器的输入通道，将生成的渲染结果即逐帧窗口内容作为视频编码器的输入，编码顺序依次是refGPU的第1帧、GPU1的第1帧、…、GPUx的第1帧、…、GPUN的第1帧，如此循环。
S3.2、修改视频编码器的编码算法中的I帧或P帧选择算法，强制将refGPU的每个渲染帧作为I帧进行编码，并将待测的GPUx对应的渲染帧作为P帧，这样经过视频编码器编码后的P帧中保存的即为其与I帧之间的差异块信息，也就是GPUx与refGPU的渲染差异。
S4、根据P帧中保存的差异块信息确定其对应的GPU是否产生渲染错误。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (7)
1.一种基于多路视频编码的渲染差异比对方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将基准GPU及被测GPU均与测试系统相连，为被测GPU分配唯一的GPU编号，使基准GPU与被测GPU以相同的帧率同步执行图形测试程序，再逐帧同步从基准GPU及被测GPU读取渲染结果数据，同一时刻的渲染结果数据具有相同的帧编号，将从基准GPU读取的渲染结果数据记为基准渲染帧，将从被测GPU读取的渲染结果数据记为被测渲染帧；将基准渲染帧及被测渲染帧作为视频编码器的输入数据；
步骤2、以相邻基准渲染帧之间的待渲染顶点数据为基准顶点数据，以相邻被测渲染帧之间的待渲染顶点数据为被测顶点数据，将基准顶点数据及被测顶点数据均作为视频编码器的输入数据；
步骤3、视频编码器将接收到的基准渲染帧作为I帧的数据，将与基准渲染帧具有相同帧编号的被测渲染帧按GPU编号顺序作为与上述I帧对应的P帧的数据，结合基准顶点数据及被测顶点数据进行编码，编码形成的I帧中保存基准渲染帧，P帧保存被测GPU的当前渲染帧与基准渲染帧间的差异块信息；
步骤4、根据差异块信息获取其对应被测GPU的GPU编号，当差异块信息中的运动向量超过阈值或残差信息超过阈值时，则判定其对应被测GPU渲染错误；
所述使基准GPU与被测GPU以相同的帧率同步执行图形测试程序，再逐帧同步从基准GPU及被测GPU读取渲染结果数据的方式为：
以相同帧率分别在基准GPU和被测GPU上运行图形测试程序，每个图形测试程序均分别以独立窗口显示，各独立窗口间互不覆盖，基准GPU对应的独立窗口记为基准窗口，被测GPU对应的独立窗口记为被测窗口；
获取基准窗口所对应显存区域的句柄，采用该句柄从显存访问基准窗口的内容；对于被测GPU，若提供了显存访问接口则采用显存访问接口获取被测窗口所对应显存区域的句柄再通过该句柄访问被测窗口的内容，否则获取被测窗口的FrameBuffer再通过FrameBuffer访问被测窗口的内容；
所述步骤4中运动向量的生成方式为：获取待测GPU绘制当前P帧的命令，解析命令参数获取命令相关的顶点，并从这些顶点中选取在I帧和当前P帧间的坐标差值大于阈值的顶点作为计算运动向量的关键点；再计算上述关键点从I帧到当前P帧的移动距离及方向，构成上述关键点的运动向量。
2.根据权利要求1所述的渲染差异比对方法，其特征在于，所述步骤1中所述将基准GPU及被测GPU均与测试系统相连的方式为：将基准GPU及被测GPU同时插在测试系统的物理接口上。
3.根据权利要求1所述的渲染差异比对方法，其特征在于，所述基准顶点数据或被测顶点数据的获取方式为：通过Hook基准GPU或被测GPU提供的图形接口的顶点生成API实现数据的获取。
4.根据权利要求1所述的渲染差异比对方法，其特征在于，所述步骤3中所述视频编码器将接收到的基准渲染帧作为I帧的数据，将与基准渲染帧具有相同帧编号的被测渲染帧按GPU编号顺序作为与上述I帧对应的P帧的数据，结合基准顶点数据及被测顶点数据进行编码之前，若基准渲染帧和被测渲染帧存储在显存则先将帧数据复制到内存，否则不做处理。
5.根据权利要求1所述的渲染差异比对方法，其特征在于，所述差异块信息以可视化方式显示。
6.根据权利要求5所述的渲染差异比对方法，其特征在于，所述以可视化方式显示的过程为：解码过程中对I帧执行正常解码和渲染操作，对P帧则仅将其与I帧合成差异块信息对应的区域作为关键区域，对关键区域执行正常解码及渲染操作，关键区域以外的区域均设置为纯色再执行渲染操作。
7.根据权利要求1所述的渲染差异比对方法，其特征在于，所述步骤4还包括：输出残差信息对应的形状、亮度或颜色的具体坐标。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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