巧用CUDA玩高清
DIY研究所
显卡高清硬解码这个概念对于玩家来说并不陌生，我们都知道现在GPU的性能很强，可以完成很多以前用CPU来完成的工作，而且效率更高，不过真的要玩转GPU通用加速，熟悉的朋友就比较少了，这期我们的DIY明星林以诺就和大家分享一下他用NVIDIA显卡的CUDA通用计算技术来完成视频转码和优化的经验。
你知道吗
什么是CUDA
CUDA（Compute Unified Device Architecture）是一种新的基础架构，通过这个架构可以使用GPU来完成很多在以前只有x86处理器才能进行的复杂计算。简单一点来说，CUDA能够让GPU的使用范围不再局限于游戏，还可以更多地分担原先属于CPU的那部分计算任务。以前的视频优化技术主要都是依靠CPU来完成庞大而繁琐的运算，现在利用CUDA能够让GPU与CPU通力合作，大大提高视频优化的效率。
如何支持CUDA
作为NVIDIA的特有技术，目前只有NVIDIA GeForce 8及以上级别的显卡才能支持CUDA，而具体支持的版本也有不同：GeForce 8/9系列支持CUDA 1.1版本，GTX/GTS 200系列支持CUDA 1.3，最新的GF100则能够支持到CUDA 2.0。我们可以利用EVEREST来查看显卡所支持的CUDA版本。进入“显示设备-GPGPU”选项，点击查看“Compute Capability”，此处即显示CUDA版本信息。
CUDA还需要软件的支持，首先要安装带CUDA驱动包的NVIDIA显卡驱动，还要求使用的软件能够调用CUDA来进行通用计算。目前支持CUDA的常用软件主要有：Badaboom、MediaCoder、vReveal、TotalMedia Theatre 3、完美解码、PowerDVD 10等等。
用HTPC或者是随身的媒体播放器播放电影的应用已不新鲜，不过视频转码和画面的优化始终是一件比较伤脑筋的事情，用CPU来完成的话，十分耗时，而且有些视频优化的功能也不能实现，下面笔者就介绍一下如何利用NVIDIA CUDA通用计算技术来非常快速地完成这些工作。
实战CUDA视频应用
测试平台
CPU：Core i7 860 2.8GHz
主板：微星 P55-GD65
内存：金士顿 DDR3 1800 2GB×2
显卡：GeForce GTX260+
视频压缩、编码转换
高清视频文件的体积庞大，有时候为了方便分享或者是掌上设备使用，我们可以利用CUDA技术进行快速的视频压缩及编码转换。Badaboom、MediaCoder都是用于视频压缩、编码转换的工具软件（都支持CUDA）。其中Badaboom无需特别设置即默认支持CUDA，而MediaCoder则需要在“视频-编码器”菜单中选择“CUDA Encoder”（图1），接着可以在右边的CUDA子菜单中自由选择编码的各个特殊选项，例如“去方格噪声”、“反交错”等（图2），以进一步提高视频画质。测试中我们选用TS格式、H.264编码的高码率1080P高清视频《深蓝》的片段，转码为MP4格式，并利用NVIDIA System Monitor软件监测转码过程中CPU、GPU各自的占用率。
从测试数据中可以看到，Badaboom转码的整个过程中CPU占用率都非常低，基本是依靠GPU对视频进行编码转换。而MediaCoder在开启CUDA之后，更多的是采用CPU+GPU的协同工作模式，CPU占用率为25%～31%，GPU占用率也只是45%～55%，两者的负载率相差不是很大，但转码速度最快，可以看出两者协同工作时效率是最高的。在关闭CUDA之后，MediaCoder完全是依靠CPU进行转码，GPU基本处于休息状态，此时转码所需时间最长，达到278秒，是开启CUDA时的4倍，GPU的通用计算威力可见一斑（当然，这也受GPU本身的性能影响，GTX260和9400GT的通用计算能力当然不能同日而语）。
视频画质优化
通过视频优化技术，还可以提高一些非高清视频文件的画面质量，事实证明效果还不错。
vReveal
vReveal是一款优秀的视频画质优化软件，该软件采用的超分辨率技术可提高视频分辨率，并去掉噪点和色块等视频瑕疵，还能有效增强晃动视频的稳定性。我们可以在“Tools”菜单中勾选“NVIDIA GPU On”来开启软件对CUDA的支持（图3）。此外，它还在“Enhance”菜单中提供了丰富的视频优化模式供我们选择，笔者采用的支持CUDA 1.3的GTX 260显卡还能进入Fine Tuning菜单中对以上各个优化模式进行微调。
在测试中，我们选用MKV格式封装、AVC编码、分辨率为624×352的影片《证人》进行视频优化，启用除了“2x Resolution”之外的其他五个优化模式。在关闭CUDA之后，影片的播放帧速仅为1fps~6fps，根本无法正常观看，i7 860的CPU占用率达到了80％~100%。开启CUDA之后，CPU占用率下降为16%~27%，而GPU开始工作，占用率达到65%～80%，播放速度达到了正常的25fps，画面非常流畅，优化后的画质效果可以媲美720P高清视频（图4，左边为原画面，右边为优化后的画面）。如果利用vReveal把优化后的效果保存到影片文件之中，开启CUDA时需要大约1小时17分，而关闭CUDA之后大约需要5个小时，速度相差3～4倍。
Total Media Theatre
Total Media Theatre的视频优化功能虽然不如vReveal，但它的SimHD小插件能够实现DVD播放机上常见的“倍线”功能。所谓“倍线”，就是在分辨率只有720×576的DVD机上，通过插值算法和边缘锐化，实现720P甚至1080P的“准高清”视频输出。我们为Total Media Theatre安装SimHD插件之后，勾选“启用ArcSfot SimHD”就可以开启支持CUDA的“倍线”视频优化（图5），在不增加CPU占用率的前提下最大幅度提高画面质量。
图5
PowerDVD 10
CyberLink PowerDVD一直是深受玩家们喜爱的播放软件之一，从PowerDVD 9开始就加入了TureTheater视频优化技术，其中的TureTheater HD更是号称能够让DVD实现蓝光影碟的画质。在TureTheater HD下方的菜单中勾选“启用NVIDIA CUDA”（图6）就可以方便地开启对CUDA的支持，利用GPU强大的通用计算能力，在不提高CPU占用率的情况下最大程度地进行实时画质优化（图7）。
写在最后>>
随着支持软件的日益增多，NVIDIA显卡的CUDA通用计算能力终于不再只是“看上去很美好”，而是确确实实有了用武之地，特别是在视频处理方面。正在使用NVIDIA显卡的朋友不妨多关注一下GPU在通用计算方面的潜力，没准就会有令人惊喜的发现，让你的工作和娱乐更加方便快捷。