معماری Nvidia NVENC یکی از فناوریهای مهمی است که در طراحی سرورهای گرافیکی انویدیا بهکاررفته است و اهمیت بسیار زیادی دارد. امروزه استفاده از سرورهای گرافیکی در سازمانها و شرکتهای مختلف گسترشیافته است و مراکز متعددی به استفاده از این تجهیزات نیاز دارند. به همین دلیل شرکتهای تولیدکننده سرور گرافیکی از جمله کمپانی آمریکایی و معروف NVIDIA فناوریهای جدید و پیشرفتهای را در طراحی سرورهای گرافیکی به کار بردهاند تا تمامی نیازهای کاربران را بهخوبی پاسخگو باشند. خصوصیت کُدر ویدئو انویدیا که همان NVENC است، یکی از این فناوریهای پیشرفته محسوب میشود که در طول زمان تغییر و تحولات زیادی در طراحی آن ایجاد شده است. بااینوجود سازمانهایی که به سرور گرافیکی GPU نیاز دارند با خرید سرورهای انویدیا میتوانند از پیشرفتهترین و مؤثرترین تکنولوژیها همچون NVENC بهرهمند شوند.
🔶بیشتر بخوانید: شرکت انویدیا، قیمت و خرید محصولات برند NVIDIA
ساختار معماری Nvidia NVENC یا کُدر ویدئو چیست؟
NVENC نام یک کدگذار سختافزاری است که توسط کمپانی NVIDIA طراحی شده است و به آن کُدر یا رمزگذار ویدئو نیز گفته میشود. کدر ویدئو، کدگذار یا همان NVENC NVIDIA، ویدئو ها را بهصورت سختافزاری و شتابدهنده تحت فشردهسازی قرار می دهد و بینیاز از هستههای گرافیکی یا CUDA عمل میکند. بهعبارتدیگر ساختار معماری NVIDIA NVENC به نحوی طراحی شده که رمزگذاری یا ENCODING را برای ویدئوها مستقل از CPU، GPU و CUDA انجام می دهد. NVENC بهصورت بلوک سختافزاری اختصاصی در GPU پیادهسازی شده است و به واسطه APIها در دسترس قرار میگیرد. باوجود چنین شرایطی، هستههای گرافیکی CUDA یا CPU برای انجام عملیات دیگر آزاد میمانند.
|
|
|
|
انواع فرمتهای قابل رمزگذاری توسط قابلیت Nvidia NVENC
رمزگذاری یا ENCODING توسط معماری کُدر ویدئو انویدیا برای فرمتهای ذکر شده در زیر امکانپذیر و قابلانجام است:
- H.264
- HEVC 8-bit
- HEVC 10-bit
- AV1 8-bit
- AV1 10-bit
API در معماری Nvidia NVENC چیست؟
رابطهای برنامهنویسی NVENCODE APIs مجموعهای از توابع و ساختارها هستند که توسط شرکت NVIDIA ارائه شدهاند و به توسعهدهندگان این امکان را میدهند که مستقیماً با کدگذار سختافزاری NVENC تعامل داشته باشند. NVENCODE API یک رابط برنامهنویسی سطح پایین (Low-Level) است که به نرمافزارها اجازه میدهد عملیات رمزگذاری ویدئو (مثل H.264، HEVC یا AV1) را با استفاده از شتابدهنده سختافزاری NVENC انجام دهند، بدون آنکه نیاز به درگیر کردن CPU یا CUDA cores باشد.
مراحل رمزگذاری ویدئو با NVIDIA NVENC
رمزگذاری ویدئو توسط NVENC مراحل متعددی دارد که باید به ترتیب طی شوند. 3 مرحله مهم رمزگذاری ویدئو با NVIDIA NVENC به شرح زیر هستند:
مرحله اول | تخمین حرکت | Motion Estimation |و تصمیمگیری در مورد مد فشردهسازی
مرحله اول رمزگذاری ویدئو توسط NVENC تخمین حرکت است که به آن MOTION ESTIMATION نیز میگویند. در این مرحله تغییرات بین فریمهای متوالی شناسایی میشوند و خروجی آنها در قالب بردارهای حرکت نمایش داده میشوند. در نهایت با انجام مرحله تخمین حرکت، میتوان در مورد مد فشردهسازی تصمیمگیری کرد.
مرحله دوم | جبران حرکت | Motion Compensation |و رمزگذاری باقیمانده
در مرحله دوم که تحت عنوان جبران حرکت یا MOTION COMPENSATION شناخته میشود، از بردارهای حرکتی بهدستآمده در مرحله اول استفاده میشود. از طریق بردارهای حرکتی بهدستآمده، فریم مرجع جابهجا میشود تا به فریم فعلی بیشترین شباهت ممکن را پیدا کند. در نتیجه یک فریم پیشبینیشده تولید میشود که تقریب خوبی به فریم فعلی است. پس از طی شدن این مراحل، رمزگذاری باقیمانده یا RESIDUAL انجام میشود که اهمیت زیادی دارد؛ زیرا با انجام این کار فشردهسازی به شکل بهتری انجام میشود. لازم به ذکر است که RESIDUAL CODING یا رمزگذاری باقیمانده، عملیاتی است که توسط آن اختلاف بین فریم واقعی و فریم پیشبینیشده محاسبه میشود. سپس مقادیر بهدستآمده از DCT به DST تبدیل میشوند و کوانتیزاسیون رمزگذاری میشود.
مرحله سوم | رمزگذاری آنتروپی | (Entropy Coding)
در مرحله سوم یعنی رمزگذاری آنتروپی، دادهها با استفاده از الگوریتمهایی مانند CABAC در H.264/HEVC فشرده میشوند. با طیشدن این مرحله، اندازه بیت استریم خروجی کاهش مییابد. در نهایت همه اطلاعات بهدستآمده در مراحل فوق در قالب یک بیت استریم رمزگذاری میشود تا H.264 تولید شود.
نکته: تمام مراحل و عملیات رمزگذاری توسط NVENC بهصورت سختافزاری و با شتابدهی توسط یک بلوک اختصاصی روی تراشه GPU انجام میشود.
🔶بیشتر بخوانید: معماری nvlink انویدیا، فناوری جدیدی از nvidia در اتصال GPUها
|
|
|
|
|
|
قوانین رمزگذاری NVENC برای کارتهای گرافیکی انویدیا
رمزگذاری سختافزاری NVENC برای کارتهای گرافیکی انویدیا با قوانین و شرایط مختلفی انجام میشود. بهگونهای که برخی از کارتهای گرافیکی انویدیا برای رمزگذاری با NVENC دارای محدودیت و برخی دیگر فاقد محدودیت هستند. این موارد را بهصورت مفصل میتوان به شرح زیر بیان کرد:
GPUهای واجد شرایط | Qualified GPUs
در کارتهای گرافیکی یا GPUهای واجد شرایط، تعداد جلسات رمزگذاری که توسط NVENC بهصورت همزمان انجام میشود، فقط به منابع سیستم بستگی دارد. بهعنوانمثال ظرفیت رمزگذار سختافزاری، حافظه سیستم و حافظه ویدئویی از جمله منابعی هستند که جلسات رمزگذاری همزمان به آنها وابسته است. بااینوجود میتوان گفت که هیچگونه محدودیت نرمافزاری از سوی شرکت انویدیا برای تعداد جلسات درGPUهای واجد شرایط وجود ندارد.
GPUهای غیر واجد شرایط | Non-Qualified GPUs
در کارتهای گرافیکی یا GPUهایی که غیر واجد شرایط محسوب میشوند، تعداد جلسات رمزگذاری همزمان که توسط NVENC انجام میشوند به 8 جلسه در هر سیستم محدودیت می گردند. تمامی کارت هایی گرافیکی و GPUهایی که غیرواجد شرایط باشند، مستلزم این محدودیت خواهند بود. بهعنوان مثال کارتهای گرافیکی GEFORCE غیرواجد شرایط هستند و فقط 8 جلسه همزمان بر روی آنها مجاز است.
پشتیبانی FFMPEG از قابلیت NVENC انویدیا
FFMPEG بهعنوان یک پروژه متنباز شناخته میشود که از پرکاربردترین ابزارهای متنباز برای تبدیل فایلهای چندرسانهای است. FFMPEG بهصورت گسترده برای رمزگذاری یا رمزگشایی ویدئو و صدا مورداستفاده قرار میگیرد. NVENC بهصورت مؤثر در FFMPEG مورداستفاده قرار میگیرد تا رمزگذاری با سرعت و کارایی بسیار بالا انجام شود و عملیات فشردهسازی انجام شود. لازم به ذکر است که FFMPEG از مجوزهایی برخوردار است که شرایط خاص استفاده از آن را شامل میشود و این شرایط باید رعایت شوند.
🔶 بیشتر بخوانید: راهنمای خرید و قیمت AI and GPU Server
جدول قابلیتهای NVENC در نسلهای مختلف کارت گرافیک انویدیا
|
ویژگی |
توضیحات | Kepler GPUs | اولین نسل GPUهای MAXWELL | دومین نسل GPUهای MAXWELL | Pascal GPUs | Volta and TU117 GPUs | GPUهای AMPERE و TURING به جز TU117 | Ada GPUs | Blackwell GPUs |
| H.264 baseline, main and high profiles | قابلیت رمزگذاری توالی YUV 4:2:0 و تولید یک جریان H.264 بیتی | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y |
| H264 high10 profile | پشتیبانی از رمزگذاری محتوای 10 بیتی برای تولید یک جریان H.264 بیتی | N | N | N | N | N | N | N | Y |
| H.264 4:2:2 encoding | قابلیت رمزگذاری توالی YUV 4:2:2 و تولید یک جریان H.264 بیتی | N | N | N | N | N | N | N | Y |
| H.264 4:4:4 encoding (only CAVLC) | قابلیت رمزگذاری توالی YUV 4:4:4 و تولید یک جریان H.264 بیتی | N | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y |
| H.264 lossless encoding | رمزگذاری بدون اتلاف | N | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y |
| حالت تخمین حرکت H.264 | قابلیت ارائه بردارهای حرکتی سطح ماکرو-بلوک و حالتهای درون/میانی | N | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y |
| رمزگذاری فیلد H.264 | توانایی رمزگذاری محتوای فیلد | Y | Y | Y | Y | Y | N | N | Y |
| H.264/HEVC weighted prediction | پشتیبانی از فناوریهای آینده | N | N | N | Y | Y | Y | Y | Y |
| پشتیبانی از رمزگذاری H.264 برای محتوای ARGB | قابلیت رمزگذاری ورودی RGB | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y |
| فریمهای مرجع چندگانه برای H.264 | قابلیت استفاده از فریمهای مرجع گوناگون | N | N | N | N | N | Y | Y | Y |
| پروفایل اصلی HEVC | قابلیت رمزگذاری توالی YUV 4:2:0 و تولید جریان بیتی HEVC | N | N | Y | Y | Y | Y | Y | Y |
| 10 پروفایل اصلی HEVC | رمزگذاری بدون اتلاف | N | N | N | Y | Y | Y | Y | Y |
| HEVC 4:2:2 encoding | قابلیت رمزگذاری توالی YUV 4:2:2 و تولید جریان بیتی HEVC | N | N | N | N | N | N | N | Y |
| HEVC 4:4:4 encoding | Capability to encode YUV 4:4:4 sequence and generate a HEVC bit stream | N | N | N | Y | Y | Y | Y | Y |
| تخمین حرکت HEVC | قابلیت ارائه بردارهای حرکتی سطح CTB و حالتهای درون/میان | N | N | N | Y | Y | Y | Y | Y |
| HEVC 8K encoding | پشتیبانی از رمزگذاری محتوای 8192 × 8192 | N | N | N | Y | Y | Y | Y | Y |
| HEVC sample adaptive offset (SAO) | افزایش کیفیت ویدئوهای رمزگذاری شده | N | N | N | Y | Y | Y | Y | Y |
| HEVC B frame | افزایش کیفیت رمزگذاری | N | N | N | N | N | Y | Y | Y |
| Multiple reference frames for HEVC | امکان استفاده از فریمهای مرجع مختلف | N | N | N | N | N | Y | Y | Y |
| پروفایل اصلی AV1 | قابلیت رمزگذاری محتوای 8 و 10 بیتی YUV 4:2:0 تا وضوح 8192 × 8192 و تولید جریان بیتی AV1 | N | N | N | N | N | N | Y | Y |
سؤالات متداول
کاربرد بردارهای حرکت در معماری NVENC انویدیا چیست؟
اصلیترین کاربرد بردهای حرکت یا MOTION VECTORS در معماری NVENC انویدیا مواردی از قبیل زیر است:
- تخمین عمق (Depth Estimation)
- درونیابی فریمها (Frame Interpolation)
- رمزگذاری با کدکهایی که توسط NVENC پشتیبانی نمیشوند
- رمزگذاری ترکیبی (Hybrid Encoding)
آیا کارت گرافیک QUADRO RTX4000 در قوانین NVENC انویدیا واجد شرایط است؟
بله خوشبختانه کارتهای گرافیکی QUADRO RTX4000 از نوع واجد شرایط در قوانین NVENC محسوب میشوند که میتوان بر روی آنها جلسات همزمان بسیار زیادی را بر اساس شرایط سختافزاری سیستم اجرا کرد.
چرا خصوصیت کُدر ویدئو انویدیا موجب کاهش مصرف انرژی میشود؟
ازآنجاییکه کدگذاری در سختافزار مجزا انجام میشود، مصرف انرژی و حرارت تولیدشده کاهش مییابد؛ درحالیکه کدگذاری نرمافزاری به مصرف انرژی بیشتری نیاز دارد.
کُدر ویدئو انویدیا یا NVENC در چه زمینههایی کاربرد دارد؟
خصوصیت کُدر ویدئو انویدیا برای استریمینگ زنده، ضبط حرفهای، ویدئوکنفرانس و پردازش بیدرنگ (real-time) و… به کار برده میشود و کارایی آن بسیار زیاد است.
خصوصیت NVENC انویدیا در چه سازمانها و مراکزی بیشترین میزان کاربرد را دارد؟
- استودیوهای تدوین فیلم و ویدئو
- شرکتهای تبلیغات دیجیتال و تولید تیزر
- سازمانهای پخش زنده، تلویزیون اینترنتی، OTT
- شرکتهای فعال در حوزه استریمینگ و بازی
- دانشگاهها و مراکز آموزشی و مراکز آموزش از راه دور
- مراکز مانیتورینگ با نیاز به ضبط 24/7
- دیتاسنترها و سرویسهای ابری
- شرکتهای فعال در حوزه هوش مصنوعی و یادگیری ماشین
جمعبندی
قابلیت کُدر ویدئو Nvidia یا همان NVENC از تکنولوژیهای بسیار مهم در سرور، کارت گرافیکی و سرور گرافیکی انویدیا است. با فشردهسازی و رمزگذاری ویدئوها توسط قابلیت NVENC فشار روی GPU و CPU کم میشود و امکان استفاده از آنها برای سایر پردازشها ایجاد میشود. همچنین لازم به ذکر است که خصوصیت NVENC انویدیا در کاهش مصرف انرژی کارت گرافیکی انویدیا نیز مؤثر واقع میشود. بر اساس مزیتهای NVENC از آن در طراحی فرمتهای مدرن و کدکهای پیشرفته کارت گرافیکی استفاده شده است.
ازاینجهت سرور هوش مصنوعی که جدیدترین سرورهای موجود در بازار هستند، از قابلیت NVENC و کُدر ویدئو انویدیا برخوردار خواهند بود. انواع سرور هوش مصنوعی، کارت گرافیکی و سرور گرافیکی انویدیا که از NVENC برخوردار هستند را میتوانید از شرکت مکسا تهیه کنید. شرکت مکسا در زمینه فروش تجهیزات امنیتی و شبکه فعالیت دارد و تمامی مدلهای سرور انویدیا را باقیمت مناسب در اختیار شما عزیزان قرار می دهد. برای کسب اطلاعات بیشتر از طریق تلفنهای تماس با ما در ارتباط باشید.
