CN117440166B - 基于内存访问特征分析的视频编码和解码方式检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于内存访问特征分析的视频编码和解码方式检测方法，通过在构造的编解码程序中添加内存断点异常监视程序，监视指定内存，对于编码，监视相邻帧的差异块，如果差异块的首地址被CPU访存指令访问，则实际执行编码的是CPU，对于解码，监视P帧或B帧相对于I帧的残差块的访问，如果每个残差块的首地址被CPU访存指令访问，则实际执行解码的是CPU，通过上述方法，针对指定视频编码格式能够自动化地判断在当前计算机系统上执行实际编解码任务的硬件芯片。
Description
技术领域
本发明属于计算机软件开发技术领域，具体涉及基于内存访问特征分析的视频编码和解码方式检测方法。
背景技术
在计算机系统上，视频编解码通常采用两种方式：一种是CPU编解码，一种是硬件编解码（如GPU等）。CPU编解码通用性强，支持的视频编码格式多，但是性能相对低（每秒编解码帧数相对少）；硬件编解码，对于给定一款硬件，其编解码支持的编码格式相对固定，即出厂时其支持的编码格式已经确定，一般主要支持的就是主流视频编码格式，但是硬件编解码的性能相对高。
视频编解码API有可能是标准接口，如VAAPI、VDAPU等、也有可能是硬件厂商提供的非标准接口，通过这些接口的类型并不能判断视频是由CPU解码还是由硬件解码。
为了验证给定硬件（如GPU）的视频编解码能力，就需要甄别针对不同的视频编码格式，哪些是由CPU编解码、哪些是由硬件编解码。如果是CPU解码，一定会从CPU侧读取视频帧数据，并且CPU实现视频编解码时读取视频帧数据的方式是有规律的，通过监视内存访问操作如果能提取到此规律则可判断是CPU执行的视频编解码，反之，则不是CPU执行的视频编解码。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了基于内存访问特征分析的视频编码和解码方式检测方法，针对指定视频编码格式，能够自动化地判断在当前计算机系统上执行实际编解码任务的到底是CPU还是其他硬件芯片（如GPU）。
本发明提供的一种基于内存访问特征分析的视频编码方式检测方法，所述方法包括：
步骤S1：构造由一张原始位图变化出的N个位图，所述N=视频时长*帧率；
步骤S2：构造编码程序，在编码程序中添加内存断点异常监视程序，修改视频编解码库的编码函数，调用修改后的视频编解码库，获取系统提供的硬件相关的视频编解码库的访问位图列表数据的特征；
步骤S3：调用当前系统提供的编解码的硬件相关的API执行编码；
步骤S4：监视相邻帧的差异块，如果差异块的首地址被CPU访存指令访问，则判定执行编码的是CPU。
进一步地，所述步骤S1具体包括：
步骤S11：将所述原始位图加入到位图列表imageList的队列尾部，所述位图列表imageList的初始值为空；
步骤S12：循环执行N-1次以下步骤：
1）针对当前循环索引i，0≤i<N-1，随机生成一个矩形，将该矩形作为差异块changedRect的初始值，所述矩形左上角坐标为x和y、宽w、高h，确保h<预先设置的所述原始位图高的10%，且w<预先设置的所述原始位图宽的10%，且确保此矩形位于所述原始位图区域内，即x<所述原始位图宽，y<所述原始位图高，(x+w)<所述原始位图宽且(y+h)<所述原始位图高；
2）将所述位图列表imageList的第i个元素复制一份，记为currentImage；
3）修改currentImage中与所述差异块changedRect对应的矩形区域，修改方式为将该矩形区域内的所有像素的RGB值取反；
4）将修改后的currentImage添加到所述位图列表imageList的队列尾部；
5）建立i与所述差异块changedRect的对应关系，并保存到imageIndex2ChangedRect；
6）令i=i+1，循环执行步骤1）~步骤5），直到i=N-1。
进一步地，所述步骤S2具体包括：
将位图索引index设置为0，所述index的值为0到N-1，逐帧编码位图，包括以下步骤：
步骤S21：根据index从imageIndex2ChangedRect获取对应的矩形信息，用该矩形信息更新所述差异块changedRect的值；
步骤S22：清除现有内存断点；
步骤S23：计算位图中所述差异块changedRect的左上角对应的内存地址，并计算出对应的内存页起始地址，为该内存页设置内存断点；
步骤S24：令位图索引index的值加1，循环执行步骤S21~步骤S24，直到位图索引index的值等于N-1。
进一步地，所述步骤S4具体包括：监视内存断点异常，如捕获到内存断点异常，则读取的内存地址为所述差异块changedRect的左上角对应的内存地址，如果内存读取的目标地址不在显存地址空间或者I/O地址空间范围内，则判定当前的编码是CPU编码，并输出判定结果。
进一步地，所述步骤S4之后还包括：
步骤S5：继续执行编码，将编码结果保存为视频文件videoFile。
本发明提供的一种基于内存访问特征分析的视频解码方式检测方法，所述方法包括：
步骤一：构造解码程序，在解码程序中添加内存断点异常监视程序，修改视频编解码库的解码函数，调用修改后的视频编解码库，获取系统提供的视频编解码库的视频文件帧数据的特征；
步骤二：调用当前系统提供的编解码的硬件相关的API对权利要求5中生成的所述视频文件videoFile执行解码；
步骤三：监视视频帧中的P帧或B帧的相对于I帧的残差块的访问，如果每个残差块的首地址被CPU访存指令访问，则判定执行解码的是CPU。
进一步地，所述步骤一具体包括：将位图索引index设置为0，所述index的值为0到N-1，逐帧解码视频，包括以下步骤：
步骤1.1：根据index从imageIndex2ChangedRect获取对应的矩形信息，根据该矩形的位置计算出P帧或B帧的相对于I帧的残差块的位置；
步骤1.2：清除现有内存断点；
步骤1.3：根据残差块的左上角对应的内存地址，计算出对应的内存页起始地址，为该内存页设置内存断点；
步骤1.4：令位图索引index的值加1，循环执行步骤1.1~步骤1.4，直到位图索引index的值等于N-1。
进一步地，所述步骤三具体包括：监视内存断点异常，如捕获到内存断点异常，则读取的内存地址为残差块的左上角对应的内存地址，如果内存读取的目标地址不在显存地址空间或者I/O地址空间范围内，则判定当前的解码是CPU解码，并输出判定结果。
有益效果
本发明通过在构造的编解码程序中添加内存断点异常监视程序，监视指定内存，对于编码，监视相邻帧的差异块，如果差异块的首地址被CPU访存指令访问，则实际执行编码的是CPU，对于解码，监视P帧或B帧相对于I帧的残差块的访问，如果每个残差块的首地址被CPU访存指令访问，则实际执行解码的是CPU。通过上述方法，针对指定视频编码格式，本发明能够自动化地判断在当前计算机系统上执行实际编解码任务的到底是CPU还是其他硬件芯片（如GPU）。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下面对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
实施例1
本实施例采用本发明提供的一种基于内存访问特征分析的视频编码方式检测方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：构造由一张原始位图变化出的N个位图，所述N=视频时长*帧率；
其中，本申请实施例中的原始位图像素格式为RGBA，每个像素占用4个字节，原始位图的高设置为1024，这样原始位图占用的字节数就是4*1024*原始位图宽，即N个位图始终是4K字节对齐的，就是说是内存页（一个内存page页一般是4K字节）对齐的。位图的数目N=视频时长*帧率。此处的视频时长为由多个位图编码生成的视频的时长，可以根据需要提前设置需要的视频的时长。
由一张原始位图变化出的N个位图，可以记录相邻两张位图变化的具体位置，每相邻两张位图只变化一个小矩形，且矩形大小不超过位图大小的10%，具体生成N个位图的方式如下：
步骤S11：将所述原始位图加入到位图列表imageList的队列尾部，所述位图列表imageList的初始值为空；其中，所述位图列表imageList为自定义的数据结构；
步骤S12：循环执行N-1次以下步骤：
1）针对当前循环索引i，0≤i<N-1，随机生成一个矩形，将该矩形作为差异块changedRect的初始值，所述矩形左上角坐标为x和y、宽w、高h，确保h<预先设置的所述原始位图高的10%，且w<预先设置的所述原始位图宽的10%，且确保此矩形位于所述原始位图区域内，即x<所述原始位图宽，y<所述原始位图高，(x+w)<所述原始位图宽且(y+h)<所述原始位图高；其中的差异块changedRect表示每一张位图中需要变化的位图区域的信息。
2）将所述位图列表imageList的第i个元素复制一份，记为currentImage；
3）修改currentImage中与所述差异块changedRect对应的矩形区域，修改方式为将该矩形区域内的所有像素的RGB值取反；即修改后的RGB三个分量分别是255减去旧的RGB分量（即前面矩形区域的所有像素的RGB值）；
4）将修改后的currentImage添加到所述位图列表imageList的队列尾部；
5）建立i与所述差异块changedRect的对应关系，并保存到imageIndex2ChangedRect；其中，imageIndex2ChangedRect为自定义的数据结构，用于保存位图索引i与changedRect的对应关系。
6）令i=i+1，循环执行步骤1）~步骤5），直到i=N-1。
通过上述步骤可以由一张原始位图变化出N个位图，N个位图中每相邻两张位图只变化一个小矩形，且矩形大小不超过位图大小的10%。
步骤S2：构造编码程序，在编码程序中添加内存断点异常监视程序，修改视频编解码库的编码函数（如avcodec_encode_video/avcodec_encode_video2），调用修改后的视频编解码库，获取系统提供的视频编解码库的访问位图列表数据的特征；
其中，“视频编解码库” 是用来记录、转换数字音频、视频，并能将其转化为流的开源计算机程序，例如FFmpeg；实际中，“视频编解码库”可能调用软解码API或硬件相关API实现编解码，其中，硬件相关API即为编解码库API，是系统提供的，本发明不做修改。
在步骤S2中，构造编码程序是为了利用该编码程序将步骤S1中的N个位图编码为视频，在编码程序中添加内存断点异常监视程序是为了进一步在利用编码程序将N个位图编码为视频的过程中检测执行该视频编码任务的是CPU还是其他硬件芯片。
所述步骤S2具体包括：
将位图索引index设置为0，所述index的值为0到N-1，逐帧编码位图，包括以下步骤：
步骤S21：根据index从imageIndex2ChangedRect获取对应的矩形信息，用该矩形信息更新所述差异块changedRect的值；
步骤S22：清除现有内存断点；
步骤S23：计算位图中所述差异块changedRect的左上角对应的内存地址，并计算出对应的内存页起始地址，为该内存页设置内存断点；
步骤S24：令位图索引index的值加1，循环执行步骤S21~步骤S24，直到位图索引index的值等于N-1。
步骤S3：调用当前系统提供的编解码的硬件相关的API（如VAAPI、VDAPU等）执行编码。
其中，硬件相关的API即为编解码库API，是系统提供的，本发明不做修改。
步骤S4：监视相邻帧的差异块，如果差异块的首地址被CPU访存指令访问，则判定执行编码的是CPU。
在本申请的实施例中，步骤S4具体包括：监视内存断点异常，如捕获到内存断点异常，则读取的内存地址为所述差异块changedRect的左上角对应的内存地址，如果内存读取的目标地址不在显存地址空间或者I/O地址空间范围内，则判定当前的编码是CPU编码，并输出判定结果。
由于检测视频编码方式的过程就是由若干位图编码形成视频的过程，可以理解的是，无论检测到某一个位图的编码过程是CPU编码还是GPU编码，由若干位图编码形成视频的过程都要继续下去，以便形成所需的视频文件，供检测视频的解码方式时使用。
那么在本申请的实施例中，步骤S4之后还可以包括
步骤S5：继续执行编码，将编码结果保存为视频文件videoFile。
借助上述方案，本发明能够自动化地判断在当前计算机系统上执行实际编码任务的到底是CPU还是其他硬件芯片（如GPU）。
实施例2
本实施例采用本发明提供的基于内存访问特征分析的视频解码方式检测方法，具体包括以下步骤：
步骤一：构造解码程序，在解码程序中添加内存断点异常监视程序，修改视频编解码库的解码函数，调用修改后的视频编解码库，获取系统提供的视频编解码库的视频文件帧数据的特征；
其中，步骤一中的构造解码程序是为了利用该解码程序将视频解码为位图文件，在解码程序中添加内存断点异常监视程序是为了进一步在利用解码程序将视频解码为位图的过程中检测执行该视频解码任务的是CPU还是其他硬件芯片。
在本申请的实施例中所述步骤一具体包括：将位图索引index设置为0，所述index的值为0到N-1，逐帧解码视频，包括以下步骤：
步骤1.1：根据index从imageIndex2ChangedRect获取对应的矩形信息，根据该矩形的位置计算出P帧或B帧的相对于I帧的残差块的位置；
步骤1.2：清除现有内存断点；
步骤1.3：根据残差块的左上角对应的内存地址，计算出对应的内存页起始地址，为该内存页设置内存断点；
步骤1.4：令位图索引index的值加1，循环执行步骤1.1~步骤1.4，直到位图索引index的值等于N-1。
步骤二：调用当前系统提供的编解码的硬件相关的API对权利要求5中生成的所述视频文件videoFile执行解码；
在本申请的实施例中，所述视频编解码库可以是FFmpeg。解码函数可以为avcodec_decode_video或avcodec_decode_video2，当前系统提供的编解码的硬件相关的API可以为VAAPI、VDAPU等，是系统提供的，本发明不做修改。
步骤三：监视视频帧中的P帧或B帧的相对于I帧的残差块的访问，如果每个残差块的首地址被CPU访存指令访问，则判定执行解码的是CPU。
在本申请的实施例中，所述步骤三具体包括：监视内存断点异常，如捕获到内存断点异常，则读取的内存地址为残差块的左上角对应的内存地址，如果内存读取的目标地址不在显存地址空间或者I/O地址空间范围内，则判定当前的解码是CPU解码，并输出判定结果。
可以理解的是，在检测到视频文件的某一帧的解码过程是CPU解码后，即可确定整个视频文件的解码均是CPU解码，无需再检测视频文件的其他帧，此时可以结束该检测过程。
借助上述方案，本发明能够自动化地判断在当前计算机系统上执行实际解码任务的到底是CPU还是其他硬件芯片（如GPU）。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于内存访问特征分析的视频编码方式检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：构造由一张原始位图变化出的N个位图，所述N＝视频时长*帧率；
步骤S2：构造编码程序，在编码程序中添加内存断点异常监视程序，修改视频编解码库的编码函数，调用修改后的视频编解码库，获取系统提供的硬件相关的视频编解码库的访问位图列表数据的特征；
步骤S3：调用当前系统提供的编解码的硬件相关的API执行编码；
步骤S4：监视相邻帧的差异块，如果差异块的首地址被CPU访存指令访问，则判定执行编码的是CPU；
所述步骤S4具体包括：监视内存断点异常，如捕获到内存断点异常，则读取的内存地址为所述差异块changedRect的左上角对应的内存地址，如果内存读取的目标地址不在显存地址空间或者I/O地址空间范围内，则判定当前的编码是CPU编码，并输出判定结果。
2.根据权利要求1所述的视频编码方式检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
步骤S11：将所述原始位图加入到位图列表imageList的队列尾部，所述位图列表imageList的初始值为空；
步骤S12：循环执行N-1次以下步骤：
1)针对当前循环索引i，0≤i<N-1，随机生成一个矩形，将该矩形作为差异块changedRect的初始值，所述矩形左上角坐标为x和y、宽w、高h，确保h<预先设置的所述原始位图高的10％，且w<预先设置的所述原始位图宽的10％，且确保此矩形位于所述原始位图区域内，即x<所述原始位图宽，y<所述原始位图高，(x+w)<所述原始位图宽且(y+h)<所述原始位图高；
2)将所述位图列表imageList的第i个元素复制一份，记为currentImage；
3)修改currentImage中与所述差异块changedRect对应的矩形区域，修改方式为将该矩形区域内的所有像素的RGB值取反；
4)将修改后的currentImage添加到所述位图列表imageList的队列尾部；
5)建立i与所述差异块changedRect的对应关系，并保存到imageIndex2ChangedRect；
6)令i＝i+1，循环执行步骤1)～步骤5)，直到i＝N-1。
3.根据权利要求2所述的视频编码方式检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
将位图索引index设置为0，所述index的值为0到N-1，逐帧编码位图，包括以下步骤：
步骤S21：根据index从imageIndex2ChangedRect获取对应的矩形信息，用该矩形信息更新所述差异块changedRect的值；
步骤S22：清除现有内存断点；
步骤S23：计算位图中所述差异块changedRect的左上角对应的内存地址，并计算出对应的内存页起始地址，为该内存页设置内存断点；
步骤S24：令位图索引index的值加1，循环执行步骤S21～步骤S24，直到位图索引index的值等于N-1。
4.根据权利要求3所述的视频编码方式检测方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括：
步骤S5：继续执行编码，将编码结果保存为视频文件videoFile。
5.一种基于内存访问特征分析的视频解码方式检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：构造解码程序，在解码程序中添加内存断点异常监视程序，修改视频编解码库的解码函数，调用修改后的视频编解码库，获取系统提供的视频编解码库的视频文件帧数据的特征；
步骤二：调用当前系统提供的编解码的硬件相关的API对权利要求4中生成的所述视频文件videoFile执行解码；
步骤三：监视视频帧中的P帧或B帧的相对于I帧的残差块的访问，如果每个残差块的首地址被CPU访存指令访问，则判定执行解码的是CPU。
6.根据权利要求5所述的视频解码方式检测方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：将位图索引index设置为0，所述index的值为0到N-1，逐帧解码视频，包括以下步骤：
步骤1.1：根据index从imageIndex2ChangedRect获取对应的矩形信息，根据该矩形的位置计算出P帧或B帧的相对于I帧的残差块的位置；
步骤1.2：清除现有内存断点；
步骤1.3：根据残差块的左上角对应的内存地址，计算出对应的内存页起始地址，为该内存页设置内存断点；
步骤1.4：令位图索引index的值加1，循环执行步骤1.1～步骤1.4，直到位图索引index的值等于N-1。
7.根据权利要求6所述的视频解码方式检测方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：监视内存断点异常，如捕获到内存断点异常，则读取的内存地址为残差块的左上角对应的内存地址，如果内存读取的目标地址不在显存地址空间或者I/O地址空间范围内，则判定当前的解码是CPU解码，并输出判定结果。
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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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