H.264转码加速：NVENC大战Quick Sync

在GPU通用计算刚刚进入桌面平台时，NVIDIA以及AMD都把视频转码加速功能当作重点，因为这几乎是GPU计算带给普通消费者最直接、最有感触的功能了，比如MediaCoder、BadaBoom、MediaEspresso等软件都支持NVIDIA的CUDA加速以及AMD的Stream加速。

GPU转码加速的好处是速度快，但是画质也低了，无法与单纯的CPU转码相媲美，随着技术的进步，GPU转码的画质才慢慢提升上来。再往后Intel也加入战场，SNB架构的GPU部分增加了专用的QuickSync单元，无论转码速度还是画质都要比A/N两家的GPU加速效果要好。

AMD在最新一代的GCN架构中增加了专用的VCE（VideoEncodecEnigine）引擎，支持1080P60fps视频转码，而且支持完整的H.264规范（前一代转码只支持H.264Baseline），唯一的问题是软件支持度不够好，发布5个多月了才有MediaEspresso支持。

AMD的VCE引擎

IvyBridge处理器中，Intel也将转码单元QuickSync做了升级，虽然Intel官方资料中并没有提及具体的变化，但是我们之前也做过测试，发现转码速度变快了。此外，IVB的QuickSync也统一到了MediaSDKAPI下。

再有一个新选手就是NVIDIA的NVENC编码引擎了，它是Kepler架构新增的功能，按照NVIDIA给出的资料来看，NVENC比自家的CUDA编码还要优秀，因为它跟QuickSync一样属于是专用的编码加速单元，而CUDA加速则是比较通用的，速度上不如专用单元快。

NVENC编码加速功能

早前我们也打算把NVENC编码加速专门测试一下，只是一直没能成行，不过首发测试中也做了MediaEspresso转码加速测试，GTX680转码一段视频需要32秒，GTX580和HD7970分别需要40、45秒，也就是在GPU计算性能更差的情况下，GTX680的转码速度依然要高于GTX580、HD7970，NVENC功不可没。

法国Hardware.fr网站最近做了详细的NVENC编码加速测试，并与IntelQuickSync做了对比，虽然没能对比AMD的VCE编码引擎（软件支持是AMD的软肋啊），但是本文的测试方法和结果依然值得推荐，特别是画质对比方面专业得多，小编受益匪浅啊。

测试软件及方法：

MediaEspresso也有bug和限制，比如GOP固定限制，对比测试并非以其为主要手段

讯连科技的MediaEspresso6.5软件支持QuickSync以及NVENC加速。CPU为Corei5-3570K（HD4000显卡），主板为华硕P8Z77Pro-V。对比的显卡主要是GTX670、GTX680、GTX480，虽然GTX480是上上代的显卡了，不过CUDA编码加速实际上对显卡要求并不高，即便是GTX450与高端显卡的差距也非常小。

另外，软件编码使用的是Build2197版本的H.264，分别测试了1-pass和2-pass。

画质对比

画质对比值得着重说一下。平时我们做画质对比主要是用肉眼看，这种方法虽然直观一些，但是误差太大，而且不同的截图差别也不一样，不够有说服力。

Hardware.fr用的是PSNR和SSIM数值，PSNR（Peaksignal-to-noiseratio，峰值信号噪点比例）是信号强度与噪点强度的比值，可以用来衡量有损压缩编码过程中的失真度。而SSIM（structuralsimilarityindex，结构相似指数）也是用来衡量两张图片之间的相似度。

有兴趣的可以参考上面的维基百科解释研究一下，总之，PSNR和SSIM是科学的测量方法，要比肉眼查看可靠得多，说服力也足够强。

上面就是几种编码方案的PSNR和SSIM结果。

虽然速度更快，但是NVENC引擎的转码画质与CUDA转码是一样的，丝毫没有降低。

上面的计算只是基于平均状况，并不是全部内容，再来看一下500张逐帧截图中的SSIM指数吧。

这里只是一张图片，推荐去原文看对比，因为他们做的是网页特效，下面的六个选项是可以点击选中或者取消的，方便对比任意几种编码方案的结果，鼠标指上去还会显示各个方案的具体SSIM数值，这是单一截图展示不了的。

由于软件的Bug和限制，N卡和QuickSync转码的截图中每隔30帧就会出现一次剧烈波动（场景太复杂），0到187帧之间的场景容易压缩，因此SSIM比较稳定，188到243帧以及244到350帧之间波动就非常大，SSIM指下降的厉害。

虽然QuickSync在复杂场景中SSIM有所下降，但是依然要领先与NVIDIA显卡，H.2641-pass编码依然有明显优势。

那么实际画质是如何呢？来看一下317张截图的真实截图对比吧。

这里依然去原文查看，因为他们作出了动态效果，最下面是各种编码方案的画质选择，点击左侧部分，转码后的截图就会出现在网页左边，右边则是另一种方案的画质截图，比如上图中我选择了原图与GTX670（NVENC）编码，效果就是这个样子。

（ps，这里有点瑕疵，出现了两个GTX670选项，实际上应该是一个GTX670和一个GTX680）

结果是：NVIDIAGPU加速编码的画质损失依然是最严重的，而最新的H.264编码做的比较好，特别是2-pass画质十分接近原始画质。

转码速度及功耗

使用的影片是720P分辨率的《阿凡达》，结果如下：

（说下表格的数据，第一列是转码时间，之后是待机功耗，第三列是转码时的功耗，最后一列是功耗差值）

来看NVENC，其转码速度明显优于GTX480，性能高了133%之多。功耗方面，固定转码单元的GTX680比GTX480只低了21W，从差值上看也只有11W，并没有表现出比预期更明显的优势。

总的来看，QuickSync依然是最好的编码加速方案，功耗和转码性能上都排名第一。另外，H.2641-pass编码速度要比CPU还快，画质也高一些，而2-pass编码的速度不出意外地倒数第一，但是画质上傲视群雄。

如果以W（功耗）/H（时间，小时）为基础来看（转码功耗乘以时间（s）再除以3600，上图中的法文符号”，”在英文中是”.”，也就是说上图中的数值是6.87、8.95这样的小数而非整数），QuickSync转码每小时消耗了0.83W电力，而GTX670、GTX680消耗的电力在3.10、3.24左右，其他方案消耗的就更高了，GTX480效费比最差。

总结：

原文的总结有三段，其实意思可以归纳为三句话：

无论转码速度还是转码效率，QuickSync依然是最佳的方案，NVIDIA的NVENC要胜过前代的CUDA方案，但还是比不过Intel。

H.264软件转码中1-pass速度要超过CPU转码，2-pass虽然速度最慢，但是画质是最好的，适合对画质有较高要求的场合。

至于AMD，技术上是好的，软件支持是杯具的。