[发明专利]基于GPU同步并行视频编解码与流媒体传输系统及方法

说明书

本发明公开了基于GPU同步并行视频编解码与流媒体传输系统，该系统包括：编码设备，所述编码设备包含视频采集设备、多个CPU处理器、多个GPU显卡及网卡，所述编码设备的GPU显卡数量与解码设备中的显卡数量相一致，并且编码不限制某一特定编码方式，解码设备，所述解码设备包含视频输出卡、多个CPU处理器、多个GPU显卡及网卡，所述解码设备通过视频线连接视频源，所述解码设备通过网卡连接互联网，所述视频输出卡通过视频线连接视频显示设备，视频源，所述视频源为单路视频源，所述视频源包含摄像机或视频播放器，所述视频源根据时间顺序输出视频帧，视频显示设备，所述视频显示设备包含显示器，所述显示器通过视频线连接所述解码设备的视频输出卡。

技术领域

本发明涉及视频编解码和流媒体直播技术领域，具体来说，涉及一种基于GPU同步并行视频编解码与流媒体传输系统及方法。

背景技术

现有的编解码系统都是通过采集设备采集视频源的序列帧，将序列帧输入单路编码器，使用CPU或者GPU显卡完成编码后，作为单路数据流存储到硬盘，实现本地视频录制功能，同时作为单路数据流通过流媒体协议（如RTP协议）传输到远端的解码设备，由解码设备解码并显示，实现视频的直播功能，这种解码设备的缺点是：对于分辨率非正常的视频（如8K视频），并且帧率大于或等于60帧/秒，单个CPU或GPU显卡没有能力处理，使得大分辨率和高帧率的视频处理起来非常困难，另外，目前单个CPU或单个GPU显卡处理速度较慢，也会造成直播有非常大的延迟，存在多CPU或者多GPU显卡编解码多路视频流的方法，仅仅能够提升多路视频流的编解码性能，但是对单路视频流的编解码效率并没有提升。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于GPU同步并行视频编解码与流媒体传输系统及方法，编码设备和解码设备采用多个GPU多进程同步编解码同一路视频流的编解码架构，极大的提升了编码和解码效率，极大的缩短了直播时候的延迟问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于GPU同步并行视频编解码与流媒体传输系统，该系统包括：

编码设备，所述编码设备包含视频采集设备、多个CPU处理器、多个GPU显卡及网卡，所述编码设备的GPU显卡数量与解码设备中的显卡数量相一致，并且编码不限制某一特定编码方式，所述编码设备启动一个视频帧采集进程，一个录制进程，根据内置的GPU显卡个数启动多个编码进程和多个流媒体服务进程，编码进程数量以及流媒体服务进程数量分别与GPU显卡数量相同，每一个编码进程控制一个GPU显卡，每一个编码进程对应一个流媒体服务进程；

解码设备，所述解码设备包含视频输出卡、多个CPU处理器、多个GPU显卡及网卡，所述解码设备通过网卡连接互联网，所述视频输出卡通过视频线连接视频显示设备，所述解码设备启动一个视频输出进程，根据内置GPU显卡个数启动多个解码进程和多个流媒体服务客户端进程，解码进程数量以及流媒体服务客户端进程数量分别与GPU显卡数量相同，每个解码进程对应一个流媒体客户端进程；

视频源，所述视频源为单路视频源，所述视频源包含摄像机或视频播放器，所述单路视频源根据时间顺序输出视频帧，视频帧采集进程通过视频采集卡采集到单路视频源的视频帧后，按照采集到的视频帧的时间顺序对视频帧进行编号，这个编号称为Frame No，然后再对这些视频帧进行分组，每一个分组称为一个GOP，每个GOP中的视频帧个数相同，视频帧采集进程通过进程间通信的方式将这些GOP分配到不同的编码进程；

视频显示设备，所述视频显示设备包含显示器，所述显示器通过视频线连接所述解码设备的视频输出卡。

进一步地，所述编码设备中的编码进程接收到GOP后立刻调用控制的GPU显卡进行编码，GOP中的视频帧经过编码后生成码流数据，所述码流数据被称为ES数据，编码过程中确保视频帧的Frame No不变，每个ES数据都保留原有的视频帧编号，编码进程将ES数据复制两份，其中一份通过进程间通信的方式发送到对应的流媒体服务进程，另一份通过进程通信方式发送到录制进程。