Encodage par GPU : tests et comparatif

La bataille acharnée que se livrent NVIDIA et AMD dans le domaine des GPU donne naissance à des applications surprenantes. Il est en effet maintenant possible d'encoder une vidéo via sa carte graphique.

Jusqu'alors, chaque élément de notre ordinateur avait un rôle propre : la carte graphique avait pour tâche le traitement 3D, dont le jeux vidéo, tandis que le processeur s'occupait... du reste. Aujourd'hui, la donne a changé et les fondeurs que sont AMD et NVIDIA ont entrepris d'utiliser leur GPU pour d'autres opérations que des calculs 3D. Pourquoi une telle évolution ? Quels avantages peut-on tirer d'une telle technologie et quid des performances sont autant de questions auxquelles nous répondrons dans ce dossier.

Pourquoi utiliser le GPU pour l'encodage ?

Si les constructeurs de GPU se sont tournés vers cette voie qui n'en est toutefois qu'à ses prémices, ce n'est pas seulement pour diversifier leur activité et promouvoir un peu plus leur produit. C'est également parce que le GPU est un vrai « client » en ce qui concerne certains types de calculs, plus précisément les opérations parallélisables. Pour comprendre cela, il faut se plonger dans les différences fondamentales qui existent entre un CPU et un GPU, c'est à dire entre un processeur et une carte graphique.

Le processeur tel que nous le connaissons actuellement est un excellent élément pour traiter rapidement un flux d'instructions complexes important, du fait de la rapidité de l'échange entre la mémoire cache, qui occupe la majeure partie de la surface d'un CPU, et les unités de calcul, en nombre restreint. Dans un GPU, les unités de calcul sont en revanche très nombreuses, toutes destinées à du calcul « simple » et la mémoire prend très peu de place. Il est donc tout à fait véloce pour ce qui est du calcul parallèle, c'est-à-dire une opération pouvait être « découpée » en une multitude de calculs indépendants, comme le rendu 3D ou la conversion d'une vidéo.



De par leur nature hautement programmable, les GPU sont ainsi apte à effectuer des calculs généralistes au même titre qu'ils effectuent depuis des décennies des rendus 3D. C'est ce qu'on appelle le GP-GPU (general purpose GPU). NVIDIA et son API CUDA ou AMD avec le ATI Stream proposent deux langages de programmation qui ont permis la création d'applications comme Avivo Video Converter ou Badaboom, que nous détaillerons plus avant.

Quelques chiffres à titre de comparaison

Pour exprimer une puissance de calcul, la grandeur utilisée traditionnellement est le FLOPS (pour FLoating point Operations Per Second), qui représente le nombre d'opérations en virgule flottante (c'est à dire en chiffre réel) effectuées en une seconde. A titre de comparaison, le processeur grand public le plus puissant à l'heure actuelle, à savoir le Core i7 965 Extreme Edition d'Intel, développe « seulement » 69 gigaflops, tandis qu'une GeForce GTX 280 de chez NVIDIA s'approche du Teraflop à l'aide de ses 240 unités de calcul (qui ne sont pas comparables à celles présentes dans un CPU, rappelons-le).

Protocole de test

Dans ce dossier, nous avons tout d'abord voulu vérifier l'efficacité des GPU en matière d'encodage vidéo. Nous avons également souhaité mettre face à face plusieurs applications à même d'utiliser le GPU pour effectuer l'encodage. Afin de coller au plus près d'une utilisation commune de ces logiciels, nous avons choisi de travailler sur deux fichiers :
Nous avons encodé ces deux vidéos vers le format H.264 et son profil Baseline au niveau 3.0, avec un débit de 2 000 Kbps et 780 Kbps, vidéos pouvant être lues par la plupart des appareils mobiles comme l'iPhone ou la PSP. La résolution choisie convient à la plupart d'entre eux (640 x 480). Quant au flux audio, il a été encodé en AAC Level 4 avec un débit de 128 Kbps.

Pour effectuer ces opérations, nous avons eu recours à la machine suivante :

• Boîtier Antec Nine Hundred
  
• Carte-mère Asus P5Q-EM (BIOS 0202),
  
• Processeur Intel Core 2 Quad Q9300 2,5 GHz,
  
• 4 Go de mémoire DDR2-800 Corsair,
  
• Disque dur Western Digital Velociraptor 300 Go fonctionnant à 10 000 tours par minute

C'est Microsoft Windows Vista Intégrale en version 32 bits qui a été utilisé durant ces tests. Les chiffres que nous vous présentons sont une moyenne de trois mesures effectuées après redémarrage systématique de la machine de test.

Deux remarques concernant le matériel choisi. Tout d'abord, le processeur Intel Core 2 Quad Q9300 n'est certes pas le plus véloce des CPU actuellement sur le marché, mais il est nettement plus « grand public » qu'un Q9550 ou un Core i7 940. En second lieu, le disque dur a volontairement été choisi le plus rapide possible afin de ne pas niveler les performances des logiciels et des composants.

Quelles cartes graphiques compatibles ?

Evoquons enfin le choix des cartes graphiques. Tous les GPU ne sont pas compatibles avec CUDA pour NVIDIA et l'ATI Stream pour AMD. Chez AMD, la compatibilité ATI Stream démarre avec les cartes Radeon HD de la série 2000 et se poursuit avec les Radeon HD 3000 et 4000. Vous trouverez une liste exhaustive sur cette page. Chez NVIDIA, ce sont les familles GeForce 8, GeForce 9, GeForce séries 100/200 qui peuvent tirer profit de CUDA. Les pilotes et les systèmes d'exploitation sont une autre restriction : CUDA est compatible avec Windows XP et Vista, tout comme l'ATI Stream, qui nécessite toutefois l'installation du Service Pack 3 pour Windows XP. Pour les pilotes, la version 8.12 des Catalyst est un minimum, alors que pour une carte NVIDIA, ce sont les versions ultérieures à la mouture 177.35 qui seront aptes à faire fonctionner CUDA. Enfin, sachez que ni l'API de NVIDIA ni celle d'AMD ne gère d'un côté le SLI, de l'autre le CrossFire. En conséquence, nous effectuerons nos tests sans tenir compte de ces possibilités.

Nous avons finalement opté pour une Radeon HD 4870 dotée de 1 Go de mémoire du côté d'AMD, et pour une GeForce GTX 260 de NVIDIA. Ces deux cartes sont relativement proches en termes de performances et sont dans la même gamme de prix et il nous a paru pertinent de les comparer dans ce dossier. Enfin, les pilotes utilisés sont les Catalyst 9.4 (le patch permettant d'utiliser ATI Stream se trouve en fin de page) et les GeForce 185.85 WHQL.

Les applications testées

Si le matériel est choisi, reste à sélectionner les logiciels qui nous permettront de nous faire une idée des performances de l'encodage par GPU. Le BadaBOOM d'Elemental Technologies et NVIDIA parait incontournable. Nero Move It, compatible avec CUDA, sera également testé, ainsi que Cyberlink MediaShow Espresso, qui peut solliciter à la fois les GPU NVIDIA et ceux d'AMD. Enfin, MediaCoder et Handbrake joueront le rôle de témoins, avec un encodage utilisant uniquement le processeur.

BadaBOOM

Commençons ce dossier par le fameux BadaBOOM, développé conjointement par NVIDIA et Elemental Technologies. Cette application, utilisant l'API CUDA cher à la firme au caméléon, fut le premier programme d'encodage vidéo utilisant une puce dite graphique. Le codec RapidHD, développé par Elemental Technologies, est en effet programmé en utilisant la bibliothèque CUDA (écrite en C et en C++) et est donc compréhensible par les puces compatibles que sont les gammes GeForce 8, GeForce 9, GeForce GTX 200 et les suivantes, puisque NVIDIA a assuré vouloir poursuivre dans cette voie pour ses prochaines générations de cartes graphiques.

Quels formats pris en charge ?

Lors de sa sortie, BadaBOOM souffrait d'un nombre de formats pris en charge bien trop réduit. Depuis, des efforts ont été consentis et dans sa version 1.1.1, le logiciel accepte :
Par rapport à ses débuts, les progrès réalisés par BadaBOOM sont donc conséquents. Notez enfin que la résolution de votre vidéo à encoder ne doit pas dépasser 1 920 x 1 080, ce qui ne constitue pas vraiment une limitation pour le commun des mortels. En revanche, c'est en sortie que le bât blesse. En effet, BadaBOOM ne pourra vous fournir qu'un fichier MP4 codé selon la norme H.264 et ses profils Baseline (BP) et Main (MP), mais pas High (HiP). Les conversions réalisées par BadaBOOM conviennent donc davantage à une utilisation sur appareil mobile de type iPhone / iPod Touch qu'à un écran Full HD de 107 cm, même si la résolution de sortie peut aller jusqu'à 1 920 x 1 080. Pour ce qui est du format de sortie audio, le choix est réduit au AAC-LC en stéréo.

Encoder avec BadaBOOM, procédure

Des trois logiciels que nous avons testés, BadaBOOM est probablement le plus simple. Choisissez votre source à gauche parmi un dossier, un fichier ou un DVD, puis sélectionnez l'appareil de destination sur la colonne de droite. Notez que notre DVD de test contenant une protection, il nous a fallu effectuer une sauvegarde préalable du média. En revanche, et contrairement à Nero Move It ou le MediaShow Espresso de Cyberlink, BadaBOOM a été capable, à partir des fichiers VOB, de reconstituer un unique fichier vidéo.

L'interface de BadaBOOM est double : la première est simplifiée à l'extrême et ne permet de ne régler la « qualité » (en réalité le bitrate vidéo) via un curseur allant de « Smallest File » à « Higher Quality ». Une pression sur le bouton « Advanced » placé en haut de l'interface autorise cependant d'autres réglages en faisant apparaître 4 onglets :


Deux remarques pour terminer : notez la présence de BadaBOOM dans le menu contextuel de Windows, et celle de quelques bugs qui ont parfois entaché nos tests. Le problème semblait se situer au niveau du pilote d'affichage. Vous pourrez vous procurer BadaBOOM sur le Net contre la somme de 25 euros.

Nero Move It

Nero Move It est l'une des premières applications commerciales grand public à utiliser l'API CUDA de NVIDIA. Ce partenariat est assez récent, puisque Nero avait annoncé lors du dernier CeBIT la prise en charge de CUDA. Parole tenue, puisque le 23 avril dernier, la version 1.5.8 de Nero Move It voyait le jour, et avec elle la compatibilité du logiciel avec CUDA. Rappelons que la prochaine version de la suite Nero, la mouture 9.5, supportera également l'API de NVIDIA.

• Télécharger la version d'évaluation de Nero Move It dans notre logithèque.

Quels formats pris en charge ?

Il serait trop long de lister le nombre de formats que Nero Move It parvient à prendre en charge, tant au niveau de la vidéo que de l'audio. Mais sachez que c'est de loin le plus doué en la matière, parmi nos trois logiciels. Quant aux formats de sortie :
Notez bien que si Nero Move It gère l'API CUDA, celle-ci ne sera effectivement utilisée que si vous optez pour le codec H.264, le seul géré par CUDA.

Encoder avec Nero Move It, procédure

Au contraire de l'interface de BadaBOOM, celle de Nero Move It est plus brouillonne : les icônes sont peu explicites, et le partage de la fenêtre en deux est assez déconcertant. A gauche, la source, à droite, la destination. Vous avez la possibilité de synchroniser les deux, ou d'effectuer des transferts (et donc des conversions) de l'un vers l'autre et réciproquement. Les sources et les destinations des vidéos sont les mêmes, à savoir :
Sachez au passage que Nero Move It possède une liste impressionnante de profils prédéfinis, correspondant à des appareils mobiles de multiples marques. En revanche, pas de copie directe d'un DVD ou d'un Blu-ray. Enfin, le logiciel a bien pris les fichiers VOB issus de notre DVD de test, mais n'a pas été en mesure de regrouper les différents fichiers en une seule vidéo, comme l'avait fait BadaBOOM.



Comme sur l'interface du logiciel de NVIDIA, l'interface principale de Nero Move It n'autorise que très peu de latitudes quant au comportement du programme. Le lien « Paramètres » permet toutefois de mettre les mains dans le cambouis pour ceux qui aiment ça. Les « réglages du périphérique » sont probablement les plus importants. Pour la vidéo notamment, il permet de choisir le codec utilisé, la fréquence des images, le taux d'échantillonnage et le débit du flux audio, celui du flux vidéo, ainsi que sa résolution.



D'autres réglages sont accessibles via cet onglet « Paramètres » et concernent en premier lieu la définition des dossiers multimédia sur lesquels le logiciel opèrera un contrôle du contenu afin de maintenir à jour sa base. Autres paramètres à définir, ceux qui vous permettront de vous connecter à vos comptes MySpace, Youtube ou MyNero.



L'utilisation de Nero Move It ne nous a pas posé de problème particulier, mis à part une jauge d'avancement pas toujours fidèle. Le concept de « périphérique » comme élément de destination est assez déconcertant au premier abord, mais est finalement plutôt bien pensée. Nero Move It est disponible en ligne contre un peu plus de 33 euros.

Cyberlink MediaShow Espresso

Si AMD s'est finalement tourné vers le MediaShow Espresso, délaissant l'Avivo Video Converter tant décrié, l'application de Cyberlink n'est pas seulement compatible avec le Stream d'ATI. Elle fonctionne également avec l'API CUDA et peut donc utiliser un GPU de la marque au caméléon, et se paie même le luxe d'être optimisée pour les processeurs à 4 coeurs comme notre Intel Core 2 Quad Q9300.

Quels formats pris en charge ?

Si le logiciel de Cyberlink ne reconnait pas autant de formats en entrée que BadaBOOM par exemple, particulièrement au niveau du signal audio, il gère tout de même un grand nombre de conteneurs et autorise surtout la conversion vers un assez grand nombre de formats :
Les formats de sorties sont les suivants : MPEG-2, MPEG-4, MPEG4 (H.264), M2TS et WMV.

Encoder avec MediaShow Espresso, procédure

Comme nos deux autres logiciels, celui de Cyberlink possède une interface dont la simplicité ravira les moins geeks d'entre vous. Un glisser-déplacer d'une vidéo dans la fenêtre principale servira de source, tout comme les deux boutons d'importation (de fichier ou de dossier). Une fois les fichiers importés, ceux-ci apparaissent sous forme de vignettes dans la fenêtre. Il vous reste à cliquer sur l'une des différentes destinations gérées (Appareils Apple, Sony, Microsoft, Youtube ou encore un autre format) pour que l'encodage débute.



Une fois votre périphérique sélectionné, vous pouvez préciser davantage votre choix dans la nouvelle fenêtre qui s'ouvre. Le format de sortie s'ajuste alors automatiquement. Vous pouvez également sélectionner la résolution de sortie et le répertoire dans lequel sera enregistrée la vidéo. Vous ne disposez en revanche pas de possibilité de réglage sur la qualité de votre vidéo si vous empruntez ce chemin. Pour gagner en liberté, il vous faudra passer par le lien « Autres formats » qui vous offrira la possibilité de créer un profil personnalisé où le codec et la résolution de la vidéo ainsi que les débits des flux audio et vidéo seront paramétrables. Il subsiste toutefois quelques limitations qui vous obligeront parfois à vous contenter des profils programmés.



Une fois tous vos choix effectués, la fenêtre d'avancement de l'encodage apparaît. Les estimations sont fidèles, comme c'était le cas avec BadaBOOM. Cette capture d'écran nous renseigne par ailleurs sur le fonctionnement du logiciel de Cyberlink. En effet, le fait de voir s'effectuer quatre opérations simultanées n'est pas un hasard lorsqu'on pense aux quatre cœurs de notre processeur. Le rôle du CPU serait-il prépondérant avec ce logiciel ?



Notez enfin que ce logiciel n'a pu effectuer notre test mettant en jeu le fichier XviD, ce format n'étant pas reconnu par MediaShow Espresso. De plus, si la conversion des fichiers VOB issus de notre DVD s'est déroulée correctement, le programme n'a pas été en mesure d'en faire un unique fichier vidéo. Cyberlink MediaShow Espresso est vendu pour un peu moins de 40 euros.

Performances des encodeurs

Les protagonistes présentés, le protocole expliqué, reste à savoir si l'intérêt de l'utilisation de GPU pour l'encodage vidéo est si élevé que le disent NVIDIA et AMD. Nous saurons également quel logiciel semble le plus intéressant, celui dont les performances sont les plus impressionnantes.

Temps de conversion

Cette donnée est probablement celle qui nous intéresse le plus, car l'encodage est souvent une opération dont on aimerait se débarrasser le plus rapidement possible.

• Encodage du DVD

Ce premier test ne comporte pas de résultat pour MediaShow Espresso, puisque les possibilités de réglages limitées de ce logiciel nous ont empêchés de réaliser l'encodage en H.264 à 760 Kbps dans la résolution de 640x480. On voit ici que HandBrake, qui n'utilise que le CPU, est plus lent que BadaBOOM pour réaliser l'opération, et presque deux fois moins rapide que Nero Move It, qui ne met que 16 minutes à réaliser l'opération. Si le premier résultat était attendu, la différence de performance entre BadaBOOM et Move It surprend, d'autant que les deux applications utilisent toutes les deux CUDA et le GeForce GTX 260.

Sur le second graphique, les résultats sont un peu plus riches. L'encodage en 2 000 Kbps de notre DVD a cette fois été effectué par MediaShow. Mais le logiciel de Cyberlink ne semble pas du tout adapté à CUDA. En effet, les résultats obtenus avec la GTX 260 sont bien plus mauvais que ceux de la carte ATI, alors que les deux GPU sont assez proches en termes de performances.

Notez également que HandBrake ne se débrouille pas si mal par rapport aux autres méthodes d'encodage, Nero Move It exclu. Enfin, il est intéressant de remarquer que les résultats de HandBrake, BadaBOOM et Nero Move It évoluent assez peu en fonction du bitrate. La taille du fichier de départ semble donc être un paramètre bien plus important que le débit du fichier de sortie en ce qui concerne le temps d'encodage.

• Encodage du fichier XviD

MediaShow Espresso ne gérant pas le format XviD, il est évidemment absent de ces graphiques sur lesquels l'apport du GPU ne se dément pas. Entre les performances de Mediacoder et celles de BadaBOOM, il existe un écart de 23% pour un encodage en 760 Kbps, et même plus de 40% si le bitrate passe à 2 000 Kbps. Le CPU seul gère donc moins bien l'augmentation de ce paramètre pour un tel encodage. Nero Move It sort encore gagnant de ce test.

Taille des fichiers

+ Encodage du DVD

Avec un encodage à 760 Kbps d'un film de 2h20, il est assez naturel d'aboutir à des fichiers dont la taille dépasse les 800 Mo. Notez toutefois que BadaBOOM génère des fichiers de taille légèrement moins importante que HandBrake, quel que soit le bitrate. Nero Move It et Cyberlink MediaShow Espresso ne figurent pas dans ces résultats, puisqu'ils sont incapables de générer un fichier unique à partir de plusieurs fichiers VOB.

• Encodage du fichier XviD

Si Nero Move It réintègre ce graphique, ce n'est toujours pas le cas de MediaShow Espresso, qui ne gère pas le format XviD. Le logiciel de Nero génère des fichiers d'un poids légèrement plus important, tandis que BadaBOOM parvient encore à fournir des fichiers moins volumineux que ses concurrents, quel que soit le débit utilisé pour le fichier de sortie.

Occupation CPU

L'utilisation du CPU va nous donner les clés nécessaires à la compréhension des résultats précédents.

• Encodage du DVD

Lors de l'encodage des fichiers VOB de notre DVD à 2 000 Kbps, MediaShow et HandBrake ont utilisé notre Intel Core 2 Quad Q9300 au maximum de ses capacités. Nero Move It en a quasiment fait de même, alors que BadaBOOM se contente de seulement 20% de charge. Lorsque l'on se rappelle les résultats du second graphique de cette page, plusieurs remarques viennent à l'esprit :

• Encodage du fichier XviD

Sur ce graphique, on s'aperçoit une nouvelle fois de la gourmandise de Nero Move It et de l'attitude « économe » de BadaBOOM, qui reste sous les 25% d'occupation CPU.

Occupation mémoire vive

Dernier paramètre à prendre en compte lorsque l'on parle de performance des différents logiciels, leur demande en mémoire vive.

• Encodage du DVD

Lors de l'encodage de notre DVD au bitrate de 2 000 Kbps, nous avons relevé la consommation en mémoire vive de nos logiciels. On s'aperçoit que le MediaShow Espresso de Cyberlink consomme considérablement davantage que ses concurrents. Par ailleurs, ce logiciel est plus gourmand encore lorsqu'il utilise CUDA et non l'ATI Stream. Pour ce qui est des trois autres protagonistes, la consommation de RAM est plutôt bien contenue, avec un bon point pour Handbrake et ses 81 Mo de RAM utilisée seulement.

Qualité des vidéos

S'il est évidemment délicat de juger de la qualité des vidéos en 640x480, nous avons tout de même voulu jouer le jeu des impressions d'écran. Celles-ci ont été réalisées par le biais de VLC, tout post-traitement ayant été désactivé. Les fichiers utilisés sont ceux issus de l'encodage de notre DVD en 2 000 Kbps.







Comme vous pouvez vous en apercevoir, il est très difficile de distinguer des différences au niveau de la qualité de ces vidéos en 640x480. Toutes semblent convenir à une lecture sur un appareil mobile.

Conclusion

Au terme de ce dossier, il convient de revenir sur les différents enseignements que nous ont appris les différents tests réalisés. La première conclusion concerne l'utilité du GPU dans l'encodage. Elle a été démontrée, l'utilisation de la puce graphique accélère effectivement l'encodage face à des solutions ne sollicitant que le processeur, et ce dans tous les scénarios testés. Évidemment, l'utilisation d'un Core 2 Quad cadencé à 2,5 Ghz masque quelque peu le gain de performance obtenu grâce à l'appui de cartes graphiques non moins puissantes cependant. De plus, il reste difficile de quantifier exactement l'impact du GPU en terme de gain de performances, les codecs utilisés étant différents (x264 pour Mediacoder et HandBrake, codec propriétaire pour les autres logiciels).

Deux politiques s'affrontent ensuite quant à l'utilisation du processeur. Alors que NVIDIA voit en l'utilisation du GPU une occasion d'alléger la charge du processeur, ce que BadaBOOM effectue parfaitement, Nero préfère solliciter tous les composants de la machine afin de réduire le temps de calcul au maximum. Move It réussit cela avec une certaine réussite.

En revanche, que dire du MediaShow de Cyberlink ? Il consomme à la fois les ressources du GPU et celles du processeur pour des résultats particulièrement décevants lorsqu'il utilise CUDA. Avec l'ATI Stream, les résultats sont plus conformes à nos attentes, même s'ils restent assez éloignés des performances de Nero Move It. Si vous possédez une carte graphique de marque ATI, pourquoi ne pas utiliser ce logiciel. Tournez-vous en revanche vers BadaBOOM ou Nero Move It si votre ordinateur est équipé en NVIDIA.

Les trois logiciels présentés sont par ailleurs assez inégaux. S'ils ne sont pas vraiment éloignés concernant l'ergonomie, le nombre de formats pris en compte place BadaBOOM et surtout Nero Move It loin devant le logiciel de Cyberlink.

Evoquons enfin la qualité des vidéos générées. Pour un appareil mobile, elles sont toutes convenables, aucun problème évident ne nous ayant sauté aux yeux. Parler de macro-bloc pour des vidéos à la résolution de 640x480 n'est pas vraiment approprié, à moins de posséder une vue bien au-delà de la normale. De ce point de vue donc, pas de souci particulier à relever.

Terminons en évoquant le problème du prix de ces trois logiciels : est-il intéressant d'investir au minimum 25 euros (pour BadaBOOM) pour gagner un peu de temps dans le processus d'encodage ou pour alléger la charge du processeur ? Un encodage de nuit n'est-il pas plus économique à tous les points de vue ? Tout dépend de votre consommation dans ce domaine.

Télécharger Handbrake pour Windows.