CPU+GPU非编架构-Blue Library

Infrastructure

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Written by Administrator

Tuesday, 27 November 2007 19:29

　　CPU+GPU技术的运用，将非线性编辑系统从复杂的专用系统变成了一台普通的高性能计算机。这种利用软件核心算法替代专用硬件来驱动视频处理的技术，已经为更多的用户所接受，逐渐成为主流。

　　首先让我们简单回顾一下基于专用硬件的非编系统的工作模式。采用专用板卡进行视频处理的非编系统，计算机仅仅负责视频数据的存储和传输，而全部的数据处理则由专用的板卡来完成。
　　以此前市场上最常见的某种专用编辑板卡为例，
　　CPU从磁盘子系统读取压缩格式的视频数据，通过PCI总线发送到专用板卡。板卡中的硬件编解码器芯片将压缩格式的视频数据解码成为基带视频数据，而后传送到硬件合成器芯片进行视频合成。通过合成器的调度，需要进行二维特技处理的数据被发送到专用的二维特技芯片中进行二维特技处理，处理后的数据传回合成器；需要进行三维特技处理的数据，则通过专用的私有总线传输到专门的三维特技板卡中的三维特技芯片进行三维运算，然后通过专用总线回传到专用板卡上的合成器对特技变换后的视频数据进行合成，合成后的画面数据或者由板卡转换成基带信号输出，或者再回送到硬件编解码器编码成DV格式的数据并通过1394总线输出。
　　专用硬件板卡的编辑系统具有明显的优点：由于在视频处理方面基本不占用计算机的资源，因此对于计算机平台的配置要求相对较低；采用专门设计的芯片来实现视频解码、特技处理和画面合成，因而可以保证系统的实时性。
　　但是，这样的系统也存在着缺点。首先，受到专用板卡的限制，系统所能够处理的视频压缩格式、特技效果的种类、实时性能都被固化了。无论如何提升计算机平台的配置，都无法改善系统的实时性能，也不可能通过软件编解码器来实现对更多压缩格式的支持。在这样的系统中，软件不过是用来控制板卡正常工作和实现操作界面，无法实现更多的功能。其次，由于专用板卡中使用了大量专用芯片，结构复杂，结果造成板卡稳定性较差、功耗大、发热量也比较高，加之存在兼容性问题，使得这种系统的稳定性较差，故障率高。此外，专用板卡价格昂贵，维修成本也较高。
　　由于基于专用板卡的非编系统购买和维护成本比较高，出于降低成本的考虑，市场上出现了一些不依靠专用视频板卡来实现类似视频编辑和处理的系统。也就是我们称为无卡软编或者粗编的系统，
　　这类非编系统完全依靠CPU来完成解码、二维/三维特技变换和多层画面的合成。在硬件结构上，无卡编辑或者粗编系统本身就是一台高性能计算机；其软件架构非常近似于现在的CPU+GPU的结构，只是全部的运算都是由CPU而不是由CPU和GPU协同完成。由于全部的运算都依赖CPU，受到当时计算机系统CPU性能和软件架构的局限，此类系统只能处理解码运算量比较小的视频压缩格式，以及分辨率比较低的视频画面，因而输出的画面只能用于预监，而不能用于成片输出。相对于基于专用板卡的有卡编辑或精编系统，由于在功能和性能上的巨大差距，无卡软编或者粗编系统的优势无法真正体现出来，因而只能作为基于专用板卡的非编系统的一种补充，为一种低成本解决方案。
　　由于计算机系统架构的革新，目前高配置的计算机平台所能够提供的运算能力已经接近甚至超越了专用板卡，与此同时，非编系统的软件架构也发生了革命性的变化，采用CPU+GPU技术进行视频编辑和处理成为一种趋势。
　　CPU从磁盘子系统读取压缩格式的视频数据，由软件编解码器通过CPU运算解码成为基带视频数据，然后通过PCI Express总线发送到显示卡上的GPU。软件合成器利用GPU一次性运算完成二维、三维特技处理和视频数据的合成，合成后的数据再次通过PCI Express总线回传给CPU。CPU或者将数据通过PCI总线传输给I/O板卡转换成基带信号输出，或者再回送到软件编解码器编码成DV格式的数据并通过1394总线输出。
　　相对于基于专门硬件的非编系统，基于CPU+GPU软件架构的非编系统完全摆脱了对硬件板卡的依赖，突破了专用硬件结构的局限，利用通用的硬件系统资源实现了高性能的视频编辑和处理。
　　在性能方面，目前主流的基于CPU +GPU的非编系统已经可以轻松实现4～6层三维特技的实时输出，远远超越了目前主流的基于专用板卡的非编系统。
　　在可扩展性方面，由于系统完全采取软件架构，一方面通过提高计算机平台的配置来获得更高的硬件性能，从而直接提高非编系统的性能；另一方面，通过软件模块的添加和升级，可以支持更多的编辑格式、获得更多的特技效果。
　　在稳定性方面，由于抛弃了专用的硬件板卡，改用结构简单的I/O板卡实现基带信号输出，系统故障率、功耗、发热量等都大大下降，稳定性则大大提高。通过进一步优化系统硬件结构，选用设计更成熟和安全的品牌图形工作站，同时将I/O板卡做进一步的模块拆分，将模拟处理电路从板卡中拆分出来作为一个独立供电、独立散热的接口盒，可使非编系统实现工作站和服务器级的安全性和稳定性，从而大大降低维护成本，提高设备利用率。
　　在成本方面，目前基于CPU+GPU的非编系统，其缺点主要是对计算机系统的配置要求高，计算机平台上的成本投入高昂，但由于没有专用板卡上的成本投入，总体成本并没有增加。由于计算机技术快速发展和性价比不断提高，基于CPU+GPU的非编系统在性能不断提高的同时总体成本呈下降趋势。