使用 GPU 进行视频渲染和处理的优势

如今，视频渲染、编辑和处理已司空见惯。尽管企业正在广泛使用视频广播来展示其产品和服务，但它们加入这一行列的时间较晚。内容流和社交媒体服务的普及让人类第一次集体领略到视频编辑和处理的威力。多年来，技术的不断进步使视频渲染的质量显著提高。2023 年，虚拟处理市场规模为 21 亿美元，2023 年至 2030 年的复合年增长率将达到 20%。

企业/个人可以使用中央处理器（CPU）或图形处理器（GPU）来处理视频渲染和处理工作负载。两者之间的选择不仅取决于个人喜好和要求，还取决于这些硬件的功能、效率和价格。不过，顾名思义，GPU 是为视频处理/渲染和处理复杂图形元素而设计的。本文将帮助您了解在视频渲染中部署 GPU 而不是 CPU 的优势。首先是基础知识。

什么是视频渲染？

视频渲染是指通过计算系统/流媒体服务将数字数据转换成可在电视、电脑显示器、智能手机、投影仪等支持设备上观看的视频成品。渲染过程将图像序列、镜头、特效、动画、字幕和其他文本叠加等视觉元素整合到一个视频文件中。此外，视频渲染还包括视频编码和解码过程。

视频渲染被广泛认为是计算中硬件最密集的过程。

什么是视频处理？

视频处理包括对视频片段、图像帧和视频文件中录制的声音进行编辑。视频编辑人员和视觉特效工程师利用专业软件和外围视频编辑设备来执行视频处理任务。

使用 GPU 进行视频渲染和处理有哪些优势？

近年来，GPU 在人工智能 (AI)、机器学习 (ML) 和自然语言处理 (NLP) 等相互关联的领域做出了非凡的贡献，因此市场对 GPU 的需求空前高涨。在此之前，由于加密货币挖矿的激增，显卡的销量得到了极大的提升。然而，渲染高质量图形和专业视频内容仍然是 GPU 不可或缺的领域。这有几个原因：

卓越的性能：

无论是视频渲染还是处理，图形处理器始终是行业的标杆。与传统的基于 CPU 的渲染相比，单个 GPU 的性能可提高 5-20 倍，具体取决于 GPU 的世代。这是因为 GPU 在架构上集成了更多的处理内核，可以并行执行相同的任务，从而在视频编辑或渲染中实现更高的吞吐量并减少延迟。因此，图形设计师/视频内容创作者可以无缝加载重型图形，而不会出现延迟或停顿。

成本效益：

GPU 的采用大大减少了制作高端图形/视频的开支。由于 GPU 处理工作负载的速度比 CPU 快数倍，因此在进入市场的总时间上存在巨大差异，从而节省了大量工时。这一点与动画工作室和视觉特效行业尤为相关，因为在这些行业中，产出的总差异将是巨大的。此外，GPU 比 CPU 更节能。更短的运行时间 + 更低的能耗 = 更低的总拥有成本。

可扩展性：

这主要适用于通过云服务利用 GPU 资源的情况。与 CPU 相比，使用云 GPU 进行视频渲染/处理有两个明显的优势：

• 无需费力地进行扩展，企业可以在增加人手/开展额外业务时订购更多 GPU；
• 当个人用户希望根据自己的使用情况在不同 GPU 之间进行切换时，可以实现无缝的灵活性。
• 此外，视频编辑器和渲染引擎还可以访问运行在单个物理 CPU/虚拟实例上的多个 GPU，从而在处理极其精细的项目时获得额外的动力。

专用内核：

虽然所有 GPU 都配备了数百个处理内核，可以同时进行图像/帧渲染所涉及的复杂数学计算，但现在许多 GPU 都配备了专用的张量内核和光线追踪内核，这些内核擅长处理视频工作负载，如逼真的 3D 可视化、阴影和光线反弹效果等。此外，利用专用内核进行图形设计和渲染，可将 CPU 资源释放出来，用于操作系统控制、防火墙管理等常规后端工作，从而减少了上下文切换延迟，而这种延迟在完全利用 CPU 资源进行视频编辑时会逐渐增加。

软件支持：

大多数视频处理软件，如 Adobe After Effects、Adobe Illustrator、Adobe Premiere Pro、D5 Render、Cinema 4D 等，都可以通过 GPU 加速进一步优化，并提供本机和第三方 GPU 集成支持，以提高性能。

哪些领域可从使用 GPU 进行视频渲染和处理中获益？

Nvidia 和 AMD 等 GPU 制造商一直走在前沿，不懈追求简化视频处理过程，同时确保准确性并最大限度地提高图形质量。GPU 已证明其能力的主要领域包括：

视频编码：

视频编码包括压缩和更改视频内容格式，以减少其数字足迹。编码对于向多个用户/设备流式传输/共享视频内容尤为重要。使用 GPU 进行视频编码的速度要快得多，内容创作者使用 H.264 或 H.265/ HEVC 编解码器输出高分辨率超高清视频的速度比 CPU 编码快五倍。编码时间的缩短等同于高效的视频编辑工作流程，等同于向用户分发更多的内容。

3D 图形渲染：

现代电影业、数字营销主管和视频游戏开发商已将 3D 图形和视觉特效作为提高观众/玩家参与度的一种手段。Pokemon Go 之所以大受欢迎，是因为它将增强现实技术带入了现实世界，而无需专业硬件。创建商业质量的 3D 图形、逼真的视觉效果和增强现实模块需要使用 GPU 来加速设计、开发和部署过程。

创建 3D 视频内容和游戏图形极其耗费计算资源和时间。因此，各种视频编辑软件套件和游戏引擎都非常依赖 GPU。

人工智能辅助内容创建：

人工智能是一种变革力量，它带来了包括视频行业在内的各个领域的范式转变。Blackmagic Design 等多家新时代公司正与 Nvidia 等 GPU 制造商合作，将人工智能功能集成到视频编辑软件中。人工智能技术可实现图像和视频的深度映射、图像对象的表面跟踪、对象遮罩跟踪等。这些先进的视频渲染技术可以利用调色、色彩范围界定等功能，通过 GPU 可以大大加快速度。

结论

在本文中，我们强调了 GPU 作为加速视频渲染任务的主要硬件的适用性。但我们知道，市场上 GPU 的数量之多会让任何非技术爱好者感到困惑。此外，每一代 GPU 的潜力和处理能力都在不断提高。任何有价值的视频内容创作者/游戏玩家/流媒体工作者都会相信 GPU 的不可分割性，但在为自己的领域推荐理想的 GPU 时，他们又会感到困惑。毕竟，必须权衡处理器内核、着色器数量、光线追踪支持、内存带宽、显存、性价比、基准性能等众多参数。