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Intel视频编解码技术浅析

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Intel视频编解码技术浅析

陈云海

【摘 要】针对目前高清、超清、VR视频业务大发展的需求,从Intel的核心视频处理芯片技术、专用视频加速计算卡VCA2、应用层开发套件Intel media server

studio三个方面详细介绍了Intel最新的视频编解码技术及开发SDK,并阐述了视频编解码技术未来的发展趋势.

【期刊名称】《广东通信技术》

【年(卷),期】2018(038)002

【总页数】4页(P8-11)

【关键词】视频;编解码;E3-1500;VCA2intel-media-server-studio

【作 者】陈云海

【作者单位】中国电信股份有限公司广东研究院云计算研究所

【正文语种】中 文

1 引言

近年视频业务出现爆炸性增长，VR、4K等超高码率业务也开始蓬勃兴起，根据Intel公司的资料[1]，2016年全球互联网流量的82%被视频占据，全球手机流量的75%是视频应用消耗。这种通过任何设备、任何时间、任何地点的视频应用请求驱动了端到云到端的图像处理技术的发展，整个基础IT技术和云服务都需要高性能、可弹性扩展的方案来满足海量视频业务的需求。为了迎合这个需求，与视频处理技术产品的另外两个巨头——NVIDA和AMD展开竞争，Intel也加强发力研发视频编解码的相关技术及产品，整个技术方案上可以分为互相集成的两条线，面向单机视频媒体处理的基于新一代Core i7/E3-1500系列处理器的技术产品以及面向视频处理SaaS云的第二代专用视频加速计算卡VCA2的技术产品，软件及API层就通过Intel media server studio开发套件的SDK向应用层提供GPU能力调用。

2 Intel视频编解码技术的核心组件

新一代Core i7/E3-1500系列处理器是Intel视频编解码技术的核心组件。Xeon是Intel面向服务器市场推出的处理器品牌，而Core i系列是面向桌面与笔记本市场的品牌，Core i7和Xeon E3其实使用了相同的处理器核心，核心技术架构完全一致。在早期的E3里面并没有集成Intel的核显芯片，但是在最新发布的Core

i7和Xeon E3都集成强大的Intel iris核显芯片（E3-1500 v5集成了iris580，E3-1500 v6集成了iris630），E3-1500系列这个芯片还被集成到视频加速计算卡VCA2中（一张卡上集成3颗E3-1500L），所以Core i7/E3-1500系列处理器核心就成为整个Intel视频编解码技术的基石。根据Intel公司的技术文档[2]，E3-1500 v5产品家族比上一代产品E3-1200 v4有26%的图像处理能力提升，E3-1500 v5最大可以实时处理18路H.264或者8路H.265高清流（1080P 30

fps），或者2路4K 30 fps的H.265超清流。与E3-1500配套的C236芯片组提供了比前代更快的性能，最大支持64GB的2133 MHz的DDR4内存，以及更快的IO接口如PCI-E2.0、6.0 Gbit/s的SATA6.0及USB3.0。另外，E3-1500支持最新的Intel图形虚拟化技术GVT-s，这个技术允许较多的应用层并发访问虚拟GPU能力，这个能力对构建SaaS视频云特别有意义，如图1所示。

图1 Intel Xeon Processor E3-1500 v5平台架构

Intel的核显从Haswell处理器的核芯显卡开始，英特尔将引入新的名字“Iris”和“Iris Pro”，中文名为“锐炬”和“锐炬Pro”，分别对应GT3以及GT3e核显，具体型号则是Iris Graphics 5100和Iris Pro Graphics 5200。Haswell采用的是Gen7.5核显，这一代开始Intel的核显开始了模块化、可扩展的设计，Haswell的显示核心采用两级EU团簇结构设计，上级的叫Slice，下级的叫Subslice，每个Subslice拥有10个EU，2组Subslice单元组成了1组Slice单元，如图2所示。

图2 Broadwell架构上的Gen8 GPU架构示意图

Broadwell架构上使用的是Gen8图形核心，Intel重新设计了Subslice单元，每组的EU单元从之前的10个下降到了8个，在同样的采样器及调度器下这意味着每个EU单元的效率提升了，而弥补EU数量可以通过提升Subslice单元总数来完成，所以Broadwell的1组Slice单元有3组Subslice单元，EU单元总数是24个，Broadwell的GT1、GT2、GT3核显分别拥有12个、24个和48个EU单元。最新一代的Skylake架构使用的Gen9代GPU其实与Gen8有很多地方都是相似的，每组Subslice单元依旧是24个EU，但是最多可以扩展到3组Slice单元，也就是说最多会配备72个EU单元。Skylake的Gen9架 构 支 持DX12、OpenCL 2.x、OpenGL 5.x、Vulkan等图形规范，支持新的编译器堆栈，功耗范围从4W-65W+不等。此外，Gen9还支持HEVC/H.265、AVC、SVC、VP8、MJPG硬件加速，支持摄像头RAW架构。多媒体方面，Gen9架构支持单一固定功能单元以降低功耗，Quick Sync转码单元也设计了固定功能的编码器以降低功耗、延迟。此外，Gen9的视频解码、转码加速还支持了HEVC（H.265）、VP8、MJPEG等标准。

Intel的GPU由EU(slices)和Media Fixed Funtion(unslice)两部分构成，其中Media Fixed Funtion又分为VDbox/MFX和VEbox/VQE两类组件。其中EU是负责通用计算任务的执行单元，如执行绘图任务；Media Fixed Funtion通过硬件加速处理特定的视频编码和帧处理算法，以达到高性能和低功耗的目标。VDbox/MFX和VEbox/VQE的功能说明如表1所示。

表1 VDbox/MFX和VEbox/VQE功能说明VDbox/MFX的功能 VEbox/VQE的功能① 比特流解码（BSD）② ENC（帧内预测、运动估算）③ PAK（量化、熵编码、像素重建、运动补偿）① 降噪② 高级反交错（ADI）③ 局部自适应图像增强（LACE）④ 相机处理特征功能（纹理、色调增强）

3 视频加速计算卡VCA2技术架构

在美国国家广播电视业协会 NAB 2017展会上，英特尔发布了第二代视觉计算加速卡VCA 2。根据英特尔介绍，VCA 2足够应付4K 流媒体视频、3D 图形处理和

VR 虚拟显示等内容的加速编码和转码。在 VCA2内部，集成3个Xeon E3-1500v5处理器（内置英特尔 Iris Pro P580图形处理单元），自带大容量内存。该计算卡可以看成一个高密度刀片服务器，单卡上集成3个E3-1500v5处理分别拥有独立的IO总线和内存，并在其上运行3个独立的操作系统分别跟宿主机的操作系统通信。VCA2并非定位一般消费领域，主要面向云服务提供商、电信服务提供商和机构等，重点是那些需要媒体编码转码加速的专业市场，如图3所示。

VCA2卡的基本情况如表2所示。

Intel VCA2上的3颗Intel Xeon e3-1500v5处理器，默认频率为3.0 GHz，可以boost到3.7 GHz，最高支持DDR4 2133 MHz内存，每个处理器可以支持16条PCI-E3.0通道，而GPU则是采用的是上一代集显中最为强大的Iris Pro

580，属于GT4e级别，拥有72个EU单元，并且集成有128MB eDRAM高速缓存。根据Intel的资料[1]，VCA2提供了强大视频转码能力，如表3所示。

4 Intel media server studio开发套件

Intel Media Server Studio是一个综合的软件开发工具套件，主要面向数据中心、云提供商和网络媒体提供商的业务开发，为转码、直播、云游戏、虚拟桌面、视频会议等应用提供一整套开发和调试环境。Intel Media Server Studio为开发人员提供大量使用最先进技术的开发组件和技术特性，用来构建高性能的视频类应用。Intel Media Server Studio支持Linux和Windows Server操作系统,并内置了Intel Media and OpenCL SDK、runtimes、graphics drivers、高级性能和视频质量分析工具。这些组件和工具可以帮助开发者实现实时4K 60 fps视频的HEVC编解码，以及最大18路的30fps全高清AVC转码，如图4所示。

Intel Media Server Studio提供两种访问GPU能力的方法给开发者使用，第一种是使用Intel SDK for OpenCL，这个SDK提供底层的调用能力去访问EU和核显内存，并提供一个增强的扩展函数集去访问媒体固定函数能力，如快速傅里叶变换。第二种是Intel Media SDK，提供高层的编解码能力调用以及经过优化的异步调用框架。

5 总结

随着4K超清视频、秀场直播、人工智能、无人驾驶、5G、虚拟现实等领域的兴起，全球正在进入数据洪流时代，Intel作为PC时代的老牌计算芯片巨头，也希望依靠在这个时代凭借创新获得更大的发展机会。在视频云服务这个领域，目前Intel瞄准了高密度高性能可扩展的编解码能力推出了强大的基于GPU和CPU混合架构的产品，与该领域的传统领先厂商NVIDA和AMD展开竞争。对于该领域的应用开发者，又多了一种构建业务系统的技术方案。随着业界巨头竞争的进行，势必涌现出越来越完善的基础硬件产品，SDK必将提供更多更完备的API接口，而视频业务也势必得到更加蓬勃的发展。

图3 Intel VCA2的硬件架构图

表2 VCA2卡的基本情况尺寸 Full-length,full-height,double-width PCIe＊

card CPU (3) Intel® Xeon® E3-1500v5 product family processors,45 W

TDP,3.0 GHz,4 cores GPU GT4e,Iris Pro Graphics P580,128 MB eDRAM内存 DDR4 ECC SODIMMs,2 channels per CPU,Up to 64 GB per CPU PCI总线规格 Gen3,x16,8 lanes per CPU主机操作系统 CentOS＊ 7.2 for Intel® VCA

software version 1.5 CentOS 7.3 for Intel VCA software version 2.0卡上操作系统 CentOS 7.2 for Intel VCA software versions 1.5 and 2.0 Windows

Server＊ 2016 Windows＊ 10虚拟化支持 Xen KVM (Intel VCA software

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高清视频编解码及其应用研究

高清视频编解码及其应用研究

高清视频编解码及其应用研究

随着互联网的发展和普及，人们越来越喜欢通过网络观看和分享视频。越来越多的视频应用和服务也出现在人们的生活中，例如网络直播、在线教育、云游戏等。这些应用对高清视频的要求越来越高，而高清视频编解码技术的发展也越来越成熟。本文将探讨高清视频编解码技术的发展和应用研究。

一、视频编解码基础知识

1.1 视频编码

视频编码是将数字视频信号转换为数字数据流的过程，使之能够在网络中传输或储存。编码是一种压缩技术，通过去除视频信号中的冗余信息和隐藏部分不可见信息，以减少数据流的大小。在视频编码中，编码器将视频分为不同的帧，然后对每一帧进行处理和编码。视频编码一般采用有损压缩算法，因此会有一定的信息损失，但保证视频质量的同时也达到了很好的压缩效果。

1.2 视频解码

视频解码是将数字数据流转换为数字视频信号的过程。解码器通过解码数据流还原出视频帧，然后以适当的速率呈现给用户。解码器将编码器压缩的视频数据流还原，同时根据原始帧的信息和一些编码标准，将数据流转换为原始的视频帧序列。 1.3 视频编解码标准

视频编解码标准是为了解决不同视频传输和存储需求而设定的标准。这些标准包括H.264、H.265、AV1等，而每个标准都有自己的优劣点和适用情况。例如，H.264是目前最广泛使用的编解码标准之一，它具有高效的压缩算法和广泛的应用。

二、高清视频编解码技术的发展

随着互联网技术的进步和硬件性能的提升，高清视频编解码技术也得到了很大的发展。下面将从编解码算法、编解码性能和应用场景三个方面来介绍高清视频编解码技术的发展。

2.1 编解码算法

随着计算机硬件性能的发展，视频编解码算法也随之发展。越来越多的比特率控制算法、运动估计算法、量化算法和熵编码算法被提出和应用，使得高清视频编解码的质量得到了很大的提高。例如，在H.264标准中，采用了运动估计算法和比特率控制算法等，以实现更高效的编解码。

2.2 编解码性能

视频编解码技术简介

视频编解码技术简介

视频编解码技术简介

第一节：什么是视频编解码技术

视频编解码技术（Video Codec）是一种将视频信号进行压缩和解压缩的技术。它通过降低视频信号数据的冗余性来减少数据传输或存储所需的带宽或存储空间，从而实现高效的视频传输和存储。在视频编码过程中，先对视频信号进行压缩，而在解码过程中则对压缩后的视频信号进行还原。

第二节：视频编解码技术的发展历程

视频编解码技术的发展经历了多个阶段。早期的视频编解码技术采用的是无损压缩的方法，即完全保留原始图像信息，但需要大量的存储空间和传输带宽。后来，随着互联网的发展，压缩编码技术逐渐成为主流。目前常用的视频编解码技术包括MPEG、、等。

第三节：常见的视频编解码标准

1. MPEG（Moving Picture Experts Group）编码标准是一种广泛应用于视频压缩的技术。它将视频信号分解成一系列帧，并通过空间和时间的冗余性来实现压缩。MPEG编解码标准包括了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等多个版本，其中MPEG-4是应用最为广泛的一个版本。

2. （也称为AVC）是一种高效的视频编解码标准。它在视频质量和压缩比之间取得了良好的平衡，适用于各种应用场景，如视频会议、网络视频等。采用了许多新的编码技术，如运动预测、帧内预测和熵编码，以提高压缩效率。

3. （也称为HEVC）是的后继标准，是目前最先进的视频编解码技术之一。在的基础上进行了改进，充分利用了高级分析和新的压缩算法。相较于，可以实现更高的压缩效率，即在相同的视频质量下，更少的数据量和带宽需求。

第四节：视频编解码技术的应用领域

视频编解码技术广泛应用于各个领域。在互联网应用中，视频编解码技术使得视频的在线播放更加流畅，减少了带宽需求，并提供了更好的用户体验。在视频会议和远程协作中，视频编解码技术使得远程通信更加便捷，实现了高清画质和低延迟。此外，视频编解码技术还应用于电视广播、监控系统、医学影像和虚拟现实等领域。

视频编解码技术简介(系列二)

视频编解码技术简介(系列二)

视频编解码技术简介

随着互联网的迅猛发展和智能手机的普及，视频已经成为人们日常生活中重要的媒介之一。而要实现视频的传输和播放，视频编解码技术是必不可少的环节。本文将从视频编解码的基本概念、发展历程以及未来趋势三个方面来介绍视频编解码技术。

一、基本概念

视频编解码的定义

视频编解码是指将数字视频信号转换为压缩格式以便传输和存储，同时为了解码播放，又能将进行压缩的视频信号还原为原始信号的过程。通过视频的编码，可以将视频信号的数据量减小，提高压缩率，并减少带宽需求，从而方便传输和分享。

视频编解码技术的基本原理

视频编解码技术的基本原理是通过对视频信号的空间和时间冗余进行压缩，从而降低信号的数据量。在编码过程中，首先对连续帧进行分析，提取出每一帧的相关信息，如色度、亮度等。然后将这些信息进行处理和压缩，最后生成可传输的压缩数据。解码过程则是将压缩数据解析并还原为原始视频信号。

二、发展历程

早期的视频编解码技术 早期的视频编解码技术往往基于采样和压缩原理，通过减少色度信息和采样率来降低视频数据量，并通过DCT（离散余弦变换）等算法进行压缩和解压缩。然而，这些技术在画质和压缩率上存在局限性。

现代视频编解码技术的突破

随着计算机技术和算法的发展，现代视频编解码技术取得了巨大的突破。其中，最重要的是基于（AVC）和（HEVC）标准的视频编解码技术。这些技术通过引入更先进的压缩算法和编码特性，实现了更高的压缩率和更佳的画质。同时，还融入了多种技术，如运动补偿、帧内预测等，进一步提升了视频的压缩效果。

视频编解码技术的未来趋势

未来视频编解码技术将朝着以下几个方向发展：

首先，人工智能技术的引入将为视频编解码技术带来更高的自动化和智能化水平。例如，通过深度学习算法，可以实现智能视频剪辑、图像修复和色彩增强等功能。

其次，虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的兴起将对视频编解码技术提出更高的要求。这些技术对画质、延迟和实时性等方面都有较高的要求，因此需要更先进的编解码技术来满足用户需求。

视频编解码技术简介(系列八)

视频编解码技术简介(系列八)

视频编解码技术简介

1、引言

近年来，随着互联网的普及和网络速度的提高，视频以其生动、直观的展现形式，成为人们交流和获取信息的重要方式之一。然而，视频文件的大小庞大，需要耗费大量的网络带宽和存储空间。为了解决这一问题，视频编解码技术应运而生。本文将从原理、应用以及发展趋势等方面对视频编解码技术进行简要介绍。

2、原理

视频编解码技术（Video Codec）是指将视频信号进行编码压缩存储以及解码解压，以实现电视、电影、视频会议等多媒体应用。其主要原理是利用人眼局部视觉敏感性低、时空局部相关性较高的特点，通过去除冗余信息和减少不可感知的细节来压缩视频数据。

在编码过程中，视频编码器会对视频信号进行分解，分为空间域和时间域。空间域编码主要是将画面划分为宏块，通过采样、量化、运动估计和预测等技术来实现压缩。时间域编码则是将连续的视频图像帧进行压缩。

而在解码过程中，视频解码器会将视频编码器编码的数据恢复成原始的视频信号，再通过显示设备呈现给用户。

3、应用 视频编解码技术的应用广泛，几乎涉及到生活的方方面面。首先，视频编解码技术在影视行业得到广泛运用。通过将电影放映在大银幕上，无论是画面质量还是音效体验都得到了很大的提升。其次，视频编解码技术也应用于电视广播和视频会议等传媒媒体行业，用户能够更加方便地观看电视节目或者远程参与会议。此外，视频监控、视频聊天、在线教育等领域也都离不开视频编解码技术。

4、发展趋势

随着移动互联网技术的迅速发展，人们对视频的需求也在不断增加。为此，视频编解码技术也在不断地创新与发展。首先，视频编解码技术将越来越注重画质的提高。通过采用更高效的编码算法，提高视频的清晰度和真实感。而且，高动态范围（HDR）技术也在逐渐应用于视频编解码中，进一步提升画面的视觉效果。

其次，视频编解码技术的实时性要求也越来越高。随着直播、视频会议等实时应用的普及，对于高效率的编解码技术提出了更高要求。