使用适用于 HEVC 的 NVIDIA 视频编解码器 SDK 12.2 提高视频质量

NVIDIA 视频编解码器 SDK为 Windows 和 Linux 上的硬件加速视频编码和解码提供了一套全面的 API 集。The 12.2 版本提高了高效视频编码（HEVC）的视频质量，特别是自然视频内容的比特率显著降低。这篇文章详细介绍了以下新功能：

前瞻性级别增加前瞻性分析以提高质量（仅限 HEVC）。
时间滤波有助于提高压缩效率通过滤除噪声（仅限 HEVC）。
高位深度编码将 8 位内容编码为 10 位的（HEVC 和 AV1）。
单向 B 帧（而不是 P 帧）在延迟敏感的用例中提高了质量，这特别适用于 HEVC。
UHQ（超高质量）调谐信息在延迟容忍用例中提供 HEVC 仅限的最佳质量。

前瞻级别

前瞻性级别可以帮助分析未来的帧，并实现对不同帧的有效比特分配，以优化编码效率。它使用编码树单元（CTU）和其他编码统计信息来改进速率控制，这对于延迟容忍编码非常有用。Video Codec SDK 12.2 提供了多达四个不同的前瞻性级别，具有不同的性能和质量权衡。

使用以下设置：

enableLookahead开启向前看。
LookaheadDepth确定将被缓冲在先行队列中用于分析的帧数。
LookaheadLevel确定将要进行的分析级别，以便提供质量改进。较高的LookaheadLevel在降低性能和增加视频存储器使用的情况下提供更好的质量，相比于较低的LookaheadLevel。

时间滤波

使用相机捕获的自然视频内容具有噪声，该噪声可能来自包括传感器噪声在内的一系列因素。噪声可以减少时间冗余，从而增加用于编码的比特数，降低压缩效率。

时间滤波通过使用来自相邻帧的补丁来过滤当前帧，从而减少这种噪声。时间滤波器使用运动估计在相邻帧中找到当前帧的补丁，然后使用这些补丁来对当前帧进行滤波。滤波是使用 CUDA 内核完成的，而运动估计是使用 NVIDIA 编码器（NVENC）硬件执行的。

可以通过设置tfLevel来启用临时过滤临时过滤可以为自然视频内容提供 4-5%的平均编码增益请注意，此功能可能不会为合成或屏幕内容提供显著的增益。

A representation of the past and future frames that get used for filtering the current frame. — *图 1。用于时间滤波的帧*

建议同时使用前瞻级别和时间过滤，这两个功能相互补充，导致总体 BD-BR 节省大于单个功能提供的 BD-BR 节约的总和然而，没有限制单独使用这些功能，每个功能都可以单独编程。

高比特深度编码

将 8 位内容编码为 10 位内容可以提供编码增益。视频编解码器 SDK 12.2 提供了设置inputBitDepth= 8 和outputBitDepth= 10 以启用高位深度编码的选项，从而将 8 位内容编码为 10 位提高相关性，结果实现更好的压缩。

从 8 位到 10 位的转换发生在 NVENC 驱动程序中，使用 CUDA 实现 HEVC 和 HW 实现 AV1。它的性能损失可以忽略不计。通过启用高比特深度编码，可以预期 3-4%的编码效率增益，对于特定序列则可以预期更高的编码效率增益。

A representation of the video pipeline on both the encode and decode sides when using the high bit-depth encoding. The 8-bit to 10-bit conversion on the encode side happens within the driver. — *图 2:用于使用高位深度编码的管道*

当客户端应用程序控制编码器和解码器时，可以使用此功能。如果解码器支持 10 位解码，强烈建议使用此功能，因为这将提高编码效率。

然而，该功能将导致 GPU 内存利用率的增加，因为内部缓冲区将以 10 位格式分配。

单向 B 帧

单向 B 帧是特殊 B 帧，仅使用来自过去帧的预测，避免与传统 B 帧相关联的延迟问题。这使得它们对于低延迟编码非常有用。传统的 B 帧从 L0 和 L1 方向进行预测，而单向 B 帧仅从 L0 方向进行预测。

单向 B 帧从前两个帧进行预测，相比仅从 P 帧进行预测的 P 帧，提供 3-4%的 BD-BR 节省。通过设置enableUniDirectionalB=1，可以启用单向 B 帧，平均提高编码效率 3-4%，特定序列的增益可达 15%。

图 3 显示了用于仅具有 I/P 帧的序列的参考列表创建的不同图片。参考列表 L0 仅使用来自过去的图片。

Different pictures used for reference list creation for a sequence having only I/P frames. — *图 3。用于 I/P 帧序列的参考列表*

图 4 显示了对正常 B 帧的参考列表 L0 和 L1 使用不同图片的情况。L0 列表使用过去的图片，L1 列表使用将来的图片。

The use of different pictures for reference lists L0 and L1 for a normal B frame. — *图 4。用于正常 B 帧序列的参考列表*

图 5 显示了对单向 B 帧的参考列表 L0 和 L1 使用不同图片的情况。L0 和 L1 参考列表都是仅根据以前的图片创建的。

The use of different pictures for reference lists L0 and L1 for unidirectional B frames. — *图 5。参考列表用于使用单向 B 帧的序列*

UHQ 调谐信息

UHQ 调谐信息结合了前瞻级别和时间滤波，为各种预设提供了最佳质量和性能折衷，以实现最高质量的延迟容忍编码。UHQ 调谐信息自动设置前瞻和时间滤波的最佳设置，使客户端应用程序能够使用 UHQ 调谐信息，而不是单独调整这两个功能。

此功能还将 B 帧的数量固定为五个，同时使用中间 B 帧作为参考。UHQ 还禁用自适应 I 帧和自适应 B 帧，并使用固定的 GOP（图片组）结构。

图 6 显示了 P1、P4 和 P7 预设的 HQ 和 UHQ 调谐信息的比特率节省和性能，以及高比特深度编码，这与作为参考点的 x265 介质进行比较。p4 和 p7 预设在 UHQ 调谐信息上超过 x265 Slow 的比特率节省。UHQ 调谐信息上的 p1 预设仅比 x265 Slow 高 3%。UHQ P1 提供了 x265 的 4 倍 FPS，而 UHQ p4 可以在 x265 Slow 上提供高达 3 倍 FPS。