该编码器在1U小机箱内实现8路HDMI采集、实时高清编码、RTMP推送，与当前主流编码器方案比较，编码效率提高50%，功耗下降65%，体积减少80%，是一款创新性的网络高清直播编码器。
1. 8路高清直播编码器设计
西安通视技术人员，利用3年时间，使用多项新技术，完成FPGA与CPU、GPU间的紧耦合设计，在1U机箱内实现8路采集、编码、RTMP推送，并将目前编码效率提升50%以上;操作界面简单实用，便于非技术人员操作。
1.1采集卡硬件及驱动设计
目前市面上HDMI采集卡最多集成4路输入，配备AVSTREAM驱动，通用性强，适应面广，但未考虑与新型CPU的紧耦合。
本采集卡唯一使用对象是高效编码系统，可以降低通用性考虑，而更关注其高效性。因此在设计上有几个特点：
1)集成度高，采用PCIex4接口，允许8路HDMI同时输入和实时采集;
2) DMA传输效率高。传统采集卡设计为了兼容性，常采用页表方式申请内存，导致传输效率下降。本设计对象为专用设备，在开机加载驱动时申请大量连续内存，提高DMA传输效率;
3)使用图形加速内存。普通采集卡使用系统内存，便于CPU获得图像数据进行软件压缩。本设计主要依靠硬件压缩，使用图形内存，无需CPU干预，借助DXVA加速，提高压缩速度。
1.2编码算法优化
编码算法优化，是本设计一大亮点，优化后的算法，比目前市面常用算法，编码效率提高50%以上，且同时支持8路高清实时编码。
算法优化分为多个方面：
1)数据采集优化。采集卡硬件直接转换数据格式，将数据写入需要的缓冲区，无需CPU参与数据拷贝与格式转换;
2)硬件加速编码。采用最新硬件加速编码技术，在不影响实时编码速度情况下，采用H264 HighProfile最复杂编码配置，提高编码质量;
3)多B帧编码。B帧能够显著提高编码效率，但一般视频服务器遇到2个以上连续B帧，就会产生画面抖动，本算法对其做了预矫正，在连续5个B帧时，能够流畅播放。
4)智能的码率控制。按常识，运动图像会增大码流，运动越剧烈，码流越高。但人眼对快速运动物体的分辨率会下降，利用该特性，在宏块(MB)级分析其运动特性，较静止的MB分配较高质量，运动大的MB分配较低质量，从而在不降低视觉效果基础上，大大降低码流。
5)多路统计复用。本设计为8路实时编码，考虑到8路输入信号的非相关性，采用统计复用的方式，将总码流控制在一定范围，8路编码码流可相互借用。
X264是目前公认最好的H264编码软件，在720P分辨率下，本优化算法与X264性能比较见图2。
现有编码系统，使用4路HDMI采集卡(或4块单路HDMI采集卡)+ CPU软压，为了满足4路高清编码速度，常采用X264 fast或veryfast模式。
从图上可以看出，在低码率情况下，优化编码算法优于X264算法1~2db,或者说，优化算法600Kbps码流效果相当于原来1~1.4Mbps码流效果。
1.3软件设计
软件基本功能是完成图像采集、编码、RTMP发送。为了达到良好的编码效率，需要动态配置大量编码参数;为了通过RTMP与视频服务器(WOWZA，RED5，FMS)连接，还需设置相关连接参数。
软件界面极为简洁，用户仅需设置每路的压缩质量与视频服务器地址即可，内部复杂设置与优化均由软件内部完成。
压缩质量分为Excellent(很好)，Good(好)，Fair(一般)，Poor(差)4种，对应的平均码流分别为1.3Mbps,1.0Mbps,800Kbps,600Kbps,该码流是综艺节目的平均码流，对于体育节目，码流上浮15~20%，对于新闻节目，码率下浮10~15%。
可以到网站下载编码样片，用于评估。获得直播地址URL后，粘贴到VLC“网络串流”中观看。
1.4整机装配
整机采用1U 250mm短机箱，由I3 4370(或G3220)CPU，微星H81I miniITX主板，双滚珠涡轮风扇，2x2GB DDR3双通道内存，1U Flex电源，32GB SSD，专用8路HDMI采集卡构成，见图3。
2.整机测试
2.1整机接口及测试
1)输入接口：HDMI(x8);
2)高清格式：1280*720p50/60;
3)输出接口：RJ45 100/1000Mbps;
4)输出协议：RTMP;
5)供电：AC110/220 50/60Hz。
重量4Kg,满负荷工作时，整机功耗小于70W。
测试：输入信号采用8台机顶盒实时接收不同的卫星高清节目，经多台HDMI分配器，将信号送到3台机器的24路HDMI输入;编码后的码流封成RTMP包，经交换机送到WOWZA直播流服务器。
对3台整机进行了满负荷测试，期间发生过停电、个别机顶盒死机和一次WOWZA服务器堆溢出，但3台整机均未出过异常。
2.2与现有同类设备的比较
比较时，同类4路编码产品，体积、功耗均按两台设备计算。
编码效率：600Kbps达到同类1~1.4Mbps编码效果，效率提升50%以上
功耗：70W与同类2x100W相比，下降65%以上
体积：1U与2x3U机箱相比，减少80%以上
3.总结
综上所述，高性能8路高清直播编码器的使用，将极大节省网络流量、电费及空间占用率，提高设备可靠性，降低运营成本和入门门槛，促进网络直播高清化。
