基于NvVideoEncoder的H265视频编码器

一、 功能介绍

1.1 核心功能

H265硬件加速编码器是一个基于NVIDIA硬件编码器的C++封装类，主要功能包括：

• 实时H265编码：将YUV420格式视频数据实时编码为H265格式
• 硬件加速：利用NVIDIA GPU硬件编码器，提供高性能编码
• 动态参数调整：支持运行时调整编码参数
• 灵活输出：通过回调机制输出编码数据，支持多种应用场景

1.2 主要特性

1.2.1 编码参数控制

• 分辨率设置：支持任意分辨率编码
• 帧率控制：可配置编码帧率
• 码率控制：支持VBR（动态码率）模式
• IDR帧控制：可配置IDR帧间隔和强制插入

1.2.2 动态调整能力

// 运行时调整编码参数
encoder.setBitrate(4000000);           // 调整码率到4Mbps
encoder.setIdrInterval(30);            // 调整IDR帧间隔
encoder.forceIdrFrame();               // 强制插入IDR帧

1.2.3 输出灵活性

• 回调机制：通过回调函数输出编码数据
• 多种应用：支持文件存储、网络传输、内存处理等
• 帧信息：提供关键帧标识和帧统计信息

二、原理解释

2.1 整体架构

┌─────────────────┐    YUV数据    ┌──────────────────┐    H265数据    ┌─────────────────┐
│   输入数据源     │ ────────────> │  H265编码器      │ ────────────> │   输出处理器    │
│ (文件/摄像头/等) │               │                  │               │ (文件/网络/等)  │
└─────────────────┘               └──────────────────┘               └─────────────────┘│▼┌──────────────────┐│  NVIDIA硬件编码器 │└──────────────────┘

2.2 编码流程原理

2.2.1 初始化阶段

1. 创建编码器实例：通过NVIDIA SDK创建硬件编码器
2. 配置参数：设置分辨率、帧率、码率等编码参数
3. 分配缓冲区：为输入输出数据分配GPU内存缓冲区
4. 启动线程：启动编码数据获取线程

2.2.2 编码阶段

1. 数据输入：应用程序提供YUV420格式的原始帧数据
2. 数据准备：将YUV数据复制到GPU缓冲区并进行格式转换
3. 硬件编码：NVIDIA硬件编码器执行H265编码
4. 数据输出：通过回调函数返回编码后的H265数据

2.2.3 资源管理

• RAII原则：构造函数分配资源，析构函数自动清理
• 缓冲区管理：循环使用编码缓冲区，减少内存分配
• 错误恢复：完善的错误检测和资源释放机制

2.3 关键技术点

2.3.1 硬件加速原理

// 利用NVIDIA NVENC硬件编码器
video_encoder_ = NvVideoEncoder::createVideoEncoder("enc0");

• 直接访问GPU上的专用编码硬件单元
• 绕过CPU编码，大幅提升编码性能
• 支持并行处理多个编码任务

2.3.2 零拷贝数据传输

// 使用DMA缓冲区，避免CPU-GPU间数据拷贝
video_encoder_->output_plane.setupPlane(V4L2_MEMORY_MMAP, BUFFER_COUNT, true, false);

2.3.3 异步处理模型

// 异步回调处理编码完成的数据
video_encoder_->capture_plane.setDQThreadCallback(capturePlaneDqCallback);
video_encoder_->capture_plane.startDQThread(this);

三、流程图

3.1 整体编码流程图

3.2 详细编码流程图