Tesla T4視頻編碼性能分析
從開普勒開始的所有 NVIDIA GPUs 都支持完全加速的硬件視頻編碼； GPUs 支持完全加速的硬件視頻解碼。最近發布的圖靈硬件提供了張量核心和更好的機器學習性能，但新的 GPU 還加入了新的多媒體功能，如改進的 NVENC 單元，以在視頻編解碼器中提供更好的壓縮和圖像質量。
看一看圖靈設計的新的 NVENC 單元的性能和質量。
NVENC 性能測試設置
H.264 出現於 15 年前，已經成為一種無處不在的視頻編碼標准。它已經成為業界最重要和最廣泛的編解碼器。這些測試展示了 Tesla T4 與著名的開源編碼器 libx264 在兩種情況下的性能：
- 高質量模式，代表最常見的編碼方案與 VBR 控制和 B 幀啟用。
- 低延遲快速模式，適用於對延遲敏感的應用程序，如遠程游戲或視頻會議。
為此，測試計算機的配置如表 1 所示：
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Testing Configuration |
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| Component |
Tesla T4 NVENC |
libx264 |
| CPU |
Dual Intel Xeon E5-2660v3 @ 2.6 GHz |
Dual Intel Xeon E5-2660v3 @ 2.6 GHz |
| GPU |
TU104 (Tesla T4) |
N/A |
| RAM |
128 GB |
128 GB |
| FFMPEG |
4.0.2 |
4.0.2 |
| Driver |
415.15 |
N/A |
這些性能測試將編碼參數設置為表 2 中所示的參數：
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Encoding Parameters |
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| Preset |
NVENC |
libx264 |
| High Quality |
-c:v h264_nvenc -preset medium -b:v BITRATE -bufsize BITRATE*2 -profile:v high -bf 3 -b_ref_mode 2 -temporal-aq 1 -rc-lookahead 20 -vsync 0 |
-c:v libx264 -preset medium -b:v BITRATE -bufsize BITRATE*2 -profile:v high -tune psnr -vsync 0 -threads 4 |
| Low Latency Fast |
-c:v h264_nvenc -preset llhp -rc cbr_ld_hq -b:v BITRATE -bufsize BITRATE/FRATE -profile:v high -g 999999 -vsync 0 |
-c:v libx264 -preset fast -b:v BITRATE -bufsize BITRATE/FRATE -profile:v high -g 999999 -x264opts no-sliced-threads:nal-hrd=cbr -tune zerolatency -threads 4 -vsync 0 |
使用了各種輸入視頻進行 RD 估計，如 basketball _ drive 、 bq _ terrace 、仙人掌、 crowd _ run 、 ducks _ take _ off 、 jokey 、和服，以及更多分辨率為 1280 × 720 、 1920 × 1080 和 3840 × 2160 的視頻。
功耗和質量結果
平衡序列
圖 1 到圖 4 顯示， Tesla T4 在高質量模式下為 libx264 提供相同或稍好的視覺質量，如 Kimono、 BQ Terrace 和 Park Scene 。
圖 1. 720p 分辨率和序列的 PSNR-RD 曲線。
圖 2 . BQ 階地序列 1080p 分辨率下的 PSNR-RD 曲線。
圖 3 . 場景序列在 720p 分辨率下的 PSNR-RD 曲線。
圖 4 . 場景序列的 PSNR-RD 曲線，分辨率為 1080p 。
與 libx264 相比， T4 顯示了更好的預測和過濾，如圖 5 和 6 所示。
圖 5 . 由 libx264 編碼的 bq _ terrace 序列的幀。
圖 6 . T4-Nvenc 編碼的 bq_terrace 序列的幀。
高速運動序列
顯著的混沌運動和圓周運動。與 libx264 相比， NVENC 在這些包含復雜內部預測的場景中顯示出明顯的優勢，如圖 7 和 8 所示。
圖 7. 視頻序列在 1080p 分辨率下的 PSNR-RD 曲線。
圖 8 . 視頻序列 1080p 分辨率的 PSNR-RD 曲線。
如圖 9 和圖 10 所示， Tesla T4 NVENC 在低延遲模式下的性能很容易超過 libx264 。請注意 Tesla T4 如何在高分辨率下更有效，在相同的比特率下提供 1db 更好的視覺質量。
圖 9 . 1080p 分辨率和低延遲模式下視頻序列的 PSNR-RD 曲線
圖 10. 視頻序列在 2160p 分辨率下的 PSNR-RD 曲線。
如圖 11 和圖 12 所示，視覺質量的差異很容易被肉眼看到：
圖 11 . 由 libx264 編碼的 ducks_take_off 視頻序列的第一幀。
圖 12. 由 T4 NVENC 編碼的視頻序列的第一幀。
圖靈 GPUs 配備了功能強大的 NVENC 視頻編碼單元，與 libx264 等復雜的軟件編碼器相比，它提供了更高的視頻壓縮效率，因為它結合了更高的性能和更低的能耗。理想的代碼轉換解決方案需要具有成本效益（美元/流）和節能（瓦/流）。在多個測試序列中平均的性能和功耗結果，如圖 13 和 14 所示。
圖 13. 在高質量模式下以每秒 30 幀同時編碼的流數
圖 14. 在低延遲模式下以每秒 30 幀同時編碼的流數。
T4 以高質量模式同時編碼 22 個 720p 流。 GPU 還可以平均處理 10 個 1080p 的流和 2 到 3 個超高清（ 2160p ）分辨率的流。這相當於在相同的視覺質量級別上幾乎是 libx264 的兩倍。
在低延遲模式下運行顯示出 T4 更大的優勢。它可以編碼 37 個 720p 分辨率的流， 17-18 個 1080p ， 4-5 個超高清，性能比 libx264 高 2-2 . 7 倍，具有更高的視覺質量。可以在圖 15 和圖 16 中看到每個流的瓦特數。
圖 15. 高質量模式下平均每流功耗瓦特
圖 16. 低延遲模式下平均每流功耗瓦特
Tesla 還顯示出很高的功率效率，在高質量模式下優於 libx264 2-4x ，在低延遲模式下高達 5 倍，同時保持低負載CPU。
結論
與前幾代相比， NVIDIA 的 Tesla T4 的編碼能力有了很大的提高。與 libx264 這樣的軟件編碼器相比，它在高質量模式下顯示出相同或更好的視覺質量，而在低延遲模式下則優於它們。這相當於在功耗降低 2-5 倍時性能提高了一倍。