[发明专利]一种视频编码优化方法和系统

说明书

本发明涉及视频编码技术，公开了一种视频编码优化方法和系统，一种视频编码优化方法应用于NUMA架构中，其方法包括：检测服务器的CPU硬件，并获取CPU的节点总数以及CPU的节点所包括的逻辑核心，其中CPU的节点总数为M；依据检测的CPU节点总数，进行编码内核的创建；依据当前视频帧的gop id，在编码器上对视频进行编码；对于编码后的视频输出视频码流，依据码流中I帧的显示次序从低到高，将码流依次拼接成完整的码流。本发明在提高编码并行度的同时，避免了常规软件编码存在的远程访问内存。同时提高了编码并行度，提升编码速度，同时不会损失编码质量。

技术领域

本发明涉及视频编码技术，尤其涉及了应用于NUMA架构中的一种视频编码优化方法和系统。

背景技术

目前，针对超高清视频的软件编码器，都采用多种并行编码策略的组合来实现超高清实时转码。常用的并行编码策略有：

(1)、帧内行级并行编码(利用多线程实现帧内多行同时编码)；

(2)、帧级并行编码(利用多线程实现多帧同时编码)；

(3)、GOP级并行编码(利用多线程实现多个GOP同时编码)。

通过基于多线程的并行编码，尽可能充分调动多核心CPU的计算资源。与此同时，为满足超高清视频实时编码的计算要求，硬件一般会采用超多核心CPU的服务器。

目前的多核CPU普遍采用的是NUMA架构，即“非一致性内存访问”。NUMA架构解决了多核心CPU上通过传统的北桥访问内存造成的性能瓶颈问题。在NUMA架构中，服务器被分为若干个节点(SOCKET)，每个节点上有单独的CPU和内存。CPU通过内存控制器直接访问本地地址，速度快延时短；通过QPI LINK远程访问其他节点物理地址。

在NUMA架构的CPU上运行的多线程软件，应尽可能减少内存远程访问。正常的多线程编码，特别是4K/8K超高清编码，需要访问的内存是很多的，其中，重建帧数据、原始帧数据是内存占用量最大的部分。

原始帧主要在预分析阶段用来计算图像特性和编码复杂度，从而确定编码的量化参数及其他参数；重建帧则主要给帧内、帧间预测提供参考像素。此外，在编码模式选择阶段，需要利用重建图像和原始图像来计算编码失真。因此，存储重建帧和原始帧的内存毫无疑问是编码中访问频率最高的部分。

在NUMA架构的多核CPU上运行4K/8K超高清编码时，由于编码线程之间有相互依赖且依赖条件不是一直成立的，因此线程经常会进入WAIT状态，待条件成立，线程又再次进入RUN状态。CPU调度线程实现线程状态的切换，此过程中，线程有可能从一个NUMA节点切换到另一个NUMA节点。

因此，线程所访问的重建帧内存、原始帧内存与编码线程本身不能时刻保证在同一节点内，不可避免的会存在大量的内存远程访问，导致不能最大限度发挥多核CPU的计算能力。

在视频编码标准中，一般包含三种编码帧：I帧、P帧、B帧。视频编码中常用GOP(Group of picture)来代表视频编码序列中两个I帧之间的一组图像，GOP长度表示GOP内帧的数量，是编码器的重要参数。

GOP并行编码是超高清实时编码的常用手段。采用Close gop帧结构，这样可以保证相邻的GOP之间可以独立编码，并行度可以成倍提升。编码器将GOP码流按照GOP先后次序重新打包，形成最终的完整码流。编码内核是指具备完整编码能力的软件模块；编码内核的输入为原始视频图像序列，输出为编码后的视频码流。

例如现有技术中，专利申请号为：CN202011644043.5201910600394.7；专利名称为，一种用于8K超高清视频的实时编码的方法及系统，专利申请日：2020-12-31。在NUMA架构CPU上，其将编码任务限定在一个节点内部，不能最大限度发挥多节点CPU的计算能力。

发明内容