Arial Georgia Tahoma Times New Roman Verdana

Воспроизведение HD-видеофильмов на компьютере с платформой AMD

Тема воспроизведения видео в современных форматах, отличающихся высоким качеством получаемой картинки и одновременно предъявляющих очень высокие требования к производительности компьютера, уже несколько раз поднималась в наших статьях. К сожалению, применить результаты тестов непосредственно к своей системе бывает сложно, и связано это с тем, что форматов HD-видео существует великое множество, и не очень велика вероятность редактору «угадать» интересный именно читателю.

Так что мы решили провести несколько дополнительных тестов, которые преследуют вполне определенную цель — оценить реальные требования к конфигурации компьютера, который планируется использовать для просмотра HD-видео, распространяемого на современных носителях, таких как диски Blu-ray и HD DVD. Безусловно, реальных пользователей подобных систем сегодня в нашей стране не много, однако такие тесты отражают вполне конкретную задачу и, на наш взгляд, могут быть интересны большому числу читателей. Кроме того, они могут быть полезны тем, кто подбирает сегодня конфигурацию компьютера «на вырост».

Для начала коротко опишем, о каких форматах будет идти речь в данной статье. Как известно, видео на дисках Blu-ray и HD DVD обычно имеет разрешение 1920 на 1080 точек (точнее, нам встречались только такие издания, если не считать бонусов, которые часто идут в стандартном разрешении). Может использоваться прогрессивная или чересстрочная развертка с частотой кадров 24, 25 или 30 (в стандартах предусмотрены и другие варианты). Для сжатия видео используются кодеки MPEG2, H.264/AVC и VC-1. И если первый из них сегодня не представляет серьезной задачи для большинства современных компьютеров, то остальные способны «положить на лопатки» вполне производительные системы. Чтобы этого не произошло, производители видеочипов уже в нескольких поколениях продуктов используют специальные блоки, которые способны существенно облегчить задачу процессора по декодированию «тяжелых» форматов.

Мы не будем рассматривать вопрос о аудиосопровождении, которое тоже требует декодирования, отметим только, что в Blu-ray и HD DVD могут использоваться новые форматы звуковых дорожек, такие как Dolby Digital Plus и DTS HD. Однако если судить по легкости декодирования AC3, то, скорее всего, новые форматы не ушли далеко от него. В тестах программный плеер использовался в режиме декодирования звука для передачи его на колонки по аналоговому интерфейсу, как наиболее сложный. Альтернативный вариант — передача дорожки по цифре на внешний ресивер (понимающий современные форматы) — теоретически может снизить нагрузку на центральный процессор. Мы сравнили вариант вывода по цифровому интерфейсу и декодирования процессором. Для формата Dolby Digital разница составила около 1% (на Athlon X2 64 5000+).

Просмотр видео невозможен без специальной программы-плеера и/или фильтров-декодеров. К сожалению, программ, которые умеют использовать возможности видеокарт для декодирования видео, очень мало. Можно сказать, что их всего две — это известные плееры Cyberlink PowerDVD и Inrervideo WinDVD (по данным производителя, и Nero ShowTime последних версий обладает этой возможностью). Кроме того, не стоит забывать, что новые диски имеют новую систему защиты, так что и здесь мы встречаем ограничение на программы для их просмотра. Оно приводит нас к упомянутой выше паре плееров. Резюмируем — для просмотра видео с оптических дисков новых форматов необходимо использовать специальную программу-плеер. Если вы хотите посмотреть собственные видеофайлы, сделанные AVCHD или HDV видеокамерой (то есть не защищенные), то можно использовать как упомянутые плееры или любые другие программы, поскольку первые предоставляют декодеры в общее пользование операционной системы. Кроме того, возможно использование других декодеров, понимающих эти форматы, например, CoreAVC.

Сами программы содержат еще одно ограничение — просмотр HD-дисков возможен только через цифровое соединение с монитором/телевизором, поддерживающее HDCP. Это означает, что и видеокарта и устройство отображения должны поддерживать шифрование. Если его нет (например, при подключении по стандартному DVI), то плеер откажется работать. Правда, здесь есть еще одна лазейка — защита требуется от цифрового соединения. Это означает, что можно смотреть защищенное HD-видео через аналоговые подключения, такие как VGA или компонентное. Отметим, что разрешение будет именно высоким, только если на носителе не установлен специальный флаг, запрещающий вывод полного разрешения через аналоговые соединения. К счастью, таких дисков пока не было выпущено.

Иногда наличие HDCP однозначно связывают с разъемом HDMI. На самом деле, это не верно. Просто обычно HDMI (который, грубо говоря, представляет собой DVI плюс S/PDIF) имеет его поддержку, а DVI — нет. Отметим, что о наличии HDCP в видеокартах говорят достаточно давно, но и сегодня эта поддержка иногда является опциональной. Так что если вы собираетесь использовать видеокарту для вывода HD-контента, то лучше уточнить заранее о HDCP в конкретной планируемой к приобретению модели. Что касается устройств отображения, то телевизоры, выпущенные пару лет назад, вполне могут иметь разъем DVI, который поддерживает HDCP. С мониторами несколько сложнее, но многие современные модели с большими диагоналями имеют необходимые возможности.

Здесь стоит упомянуть о поддерживаемых приемниками с HDCP разрешениях. Интересующих нас всего три варианта — 1280x720 (720p) и 1920x1080 с прогрессивной и чересстрочной развертками (1080p и 1080i, соответственно). Учитывая, что большинство недорогих панелей с небольшими диагоналями имеют реальное разрешение 1366 на 768, для них предпочтительнее использование режима 720p. Компьютерные мониторы высокого разрешения используют режим 1920x1200. К сожалению, наличие Full HD панели может не спасти вас от черных полос на экране — некоторые HD-издания имеют формат картинки 2,40:1, что существенно отличается «в ширину» от телевизионных 16:9 (1,78:1) и тем более мониторных 16:10 (1,6:1). Видимо, киноиндустрия живет своей жизнью и на технические возможности большинства пользователей не обращает внимания. Формально этот момент также влияет на сложность декодирования картинки, однако и в этот раз мы отметим то, что это реальность.

Тестирование проводилось на компьютере на базе материнской платы Biostar TF7050-M2, на чипсете Nvidia 7050. Выбранный процессор — AMD Athlon 64 X2 5000+ (с тактовой частотой 2,6 ГГц и кэшем L2 512 КБ × 2) — с использованием средств ОС для ограничения количества ядер, и программы RMClock для снижения тактовой частоты может быть легко превращен в другие модели, что позволит определить минимально необходимую конфигурацию для просмотра видео высокого разрешения.

На диаграммах будет указываться частота и количество ядер. Для перевода этих данных в рейтинги, можно использовать таблицу (напоминаем, что речь идет о процессорах для сокета AM2). Тесты проводились со снижением частоты до 1 ГГц. Таких десктопных моделей у AMD нет, но в данные режимы могут переходить и старшие процессоры при выборе «Производительность по запросу» в настройках операционной системы или использовании RMClock. Поскольку мы использовали процессор с кэшем L2 конфигурации 512 КБ × 2, то и все клоны имеют такой параметр. Модели с кэшем 1 МБ × 2 будут иметь производительность не хуже младших братьев.

В этом тестировании мы использовали видеокарту ATI RADEON HD 2400 XT. Данная модель последнего поколения видеочипов от AMD/ATI имеет специальный блок для видеодекодирования под названием UVD. Аналогичный есть и у более дорогой серии — 2600, а топовая модель (2900) уже его не имеет (точнее имеет блок предыдущего поколения с меньшими возможностями). Так что в данном случае мы рассматриваем карту, позиционированную именно для базовой функциональности операционной системы, стандартных приложений и, конечно, мультимедиа. Справедливости ради, стоит отметить, что это не самый младший (и, следовательно, дешевый) представитель линейки, а «второй с конца». Стоимость данного продукта составляет сегодня около 2000 рублей. По данным производителя, продукты серий 2400/2600 не отличаются по производительности блока UVD, однако 2600-е за счет более быстрой памяти могу позволить себе более качественную постобработку.

При оценке результатов, стоит обратить внимание, что режимы «без ускорения» являются несколько выдуманными, поскольку если возможность есть, не использовать ее странно. Как вы понимаете, проверить все ранее вышедшие видеокарты практически невозможно, так что данные цифры можно попробовать применить к ним, с учетом, однако возможности, что реальность может быть как лучше, так и хуже. Что касается интегрированной графики, то ее, конечно, нужно проверять отдельно, так как она создает определенную нагрузку на подсистему памяти, что существенно в рассматриваемых приложениях. Например, при использовании встроенного чипа материнской платы в нашем стенде, нагрузка на процессор получается на 10% больше, чем на внешней видеокарте (все в режиме «без ускорения»).

Оптические приводы были представлены моделями Optiarc BDRW BD-M100A и Toshiba DVD/HD SD-H802A. Безусловно, стоимость подобных накопителей еще слишком высока для массового распространения — приводы Blu-ray (напомним, что в отличие от HD DVD, сегодня существуют BD-приводы с возможностью записи) стоят около $600, а HD DVD (только чтение CD, DVD и HD DVD) можно приобрести за $260. Как альтернативный вариант можно рассмотреть ноутбуки со встроенными HD-приводами.

В качестве устройства отображения через интерфейс DVI с поддержкой HDCP к компьютеру был подключен 26'' ЖК-телевизор с реальным разрешением 1366x768. В режиме тестирования плеер работал не на полный экран, но собственно нагрузка не отличалась от варианта с полноэкранным отображением. Это показали дополнительные тесты работы на полном экране в режимах 720p и 1080i, поддерживаемых нашим телевизором, и на мониторе с подключением в аналоговом режиме с разрешением 1920x1200.

В качестве операционной системы использовалась Microsoft Windows Vista Home Premium (32-битная версия). Все равно нам придется когда-то на нее переходить, а тесты занимают слишком много времени, чтобы проверять все возможные варианты.

В этом тестировании мы ограничимся плеером Cyberlink PowerDVD 7.3 Ultra с установленным апдейтом 2911, версии используемых кодеков плеера: cl264dec.ax - 2.0.0.1709, CLVC1Dec.ax — 2.0.0.6711, CLVSD.ax — 8.0.0.1710, CLVSD_HBD.ax — 8.0.0.6711. Доступная ко времени проведения тестов версия 3104a не давала возможности отключения DXVA и в некоторых аппаратных конфигурациях вела себя некорректно.

Конечно, вопрос о выборе конкретной версии плеера или драйвера иногда достаточно существенный. Тем более что производители постоянно выпускают все новые и новые версии. С другой стороны, если в какой-либо новой бета-версии вдруг показатели неожиданно растут, это наводит на грустные мысли из серии «наконец, они доделали… спустя полгода после выпуска продукта» или «еще под один тест сделали тюнинг». Учитывая, что версий действительно много, а реальных подтверждений тому, что стало лучше, практически нет, то было решено использовать последнюю официально доступную версию драйверов. В этот раз это был Catalyst 7.8.

Для управления аппаратной поддержкой декодирования использовалась настройка в самом плеере. Включение DXVA определялось по статусной информации в плеере во время просмотра видео. Несмотря на то, что данный способ является «официальным», плеер — это закрытое программное обеспечение, и в реальности, как и что он делает, знают только разработчики (особенно учитывая странное поведение с патчем 3104a). С другой стороны, именно этот плеер используется в реальной жизни, так что результаты имеют явное практическое применение. Вопросы качества не рассматривались, но за все время тестирования к нему не было претензий. В будущем мы попробуем вернуться к данному вопросу. Тем более что специализированные тестовые пакеты уже доступны.

Для определения результата теста использовались средства мониторинга операционной системы за производимой процессом PowerDVD нагрузкой на процессор. Средства управления производительностью в операционной системе отключались, использовалась программа RMClock для установки тактовой частоты. Тестовые сцены с дисков проигрывались в этом плеере, результат получался усреднением данных за отчетный период. Длительность фрагментов составляла пять минут (что примерно соответствует 1 Гб обработанных данных). Дополнительно исследовались графики «загрузка от времени» и визуально определялась достаточность производительности данной конфигурации для комфортного просмотра. Отметим, что операционная система обычно сама отключала интерфейс Aero во время проигрывания дисков, но в оценочной серии тестов мы сами переключились на схему Vista Basic. Кроме того, несколько дополнительных проверок показали, что именно PowerDVD нагружает процессор, остальные процессы во время теста обычно занимали менее 2%. Тестирование показало, что допустимым уровнем нагрузки можно считать 90%. В этом случае остается достаточный запас как на минимальные системные задачи, так и на неравномерность битрейта (этот момент будет подробнее описан далее). Недостаточность производительности внешне выглядит как «замерзание» картинки на сложных сценах. С одноядерными процессорами были заметны и проблемы со звуковым сопровождением.

Если сравнивать данное тестирование с вариантом тестов с использованием отдельных видеороликов, то на последних нагрузка будет существенно меньше, поскольку они не требуют дешифрации и обычно имеют меньший битрейт. Так что если компьютер будет построен с учетом требований для проигрывания дисков, то и ролики он осилит. С другой стороны, для роликов можно использовать другой декодер, например, CoreAVC, который может показывать меньшую нагрузку на процессор по сравнению с решением от Cyberlink в режиме работы без участия видеокарты. Так что наши рекомендации по выбору процессора (напомним, что CoreAVC сейчас не умеет использовать видеокарту для декодирования) в этом случае могут быть неоптимальными.

Тестирование мы начнем с ветерана HD-видео — кодека MPEG2. Как мы уже неоднократно говорили, декодирование этого формата сегодня не представляет особой сложности для большинства современных конфигураций. Так что реально снижение нагрузки на процессор в данном случае приводит, скорее, к уменьшению энергопотребления, нагрева и шума, чем к возможности просмотра на слабых конфигурациях. Еще один момент, который требует пояснения, — это использование чересстрочного варианта в некоторых изданиях. Несмотря на то, что и для H.264 и VC1 он тоже предусмотрен, реально те диски, которые мы видели, использовали прогрессивную картинку с этими кодеками, а с MPEG2 встречался и 1080i. Для теста использовался BD-диск с фильмом «Pearl Harbor». Данное издание использует прогрессивную развертку и имеет достаточно много сложных для цифрового видео военных сцен. К сожалению, подобрать непрерывный участок с большим битрейтом оказалось не просто, так что кроме средней нагрузки мы решили оценить и максимальную, поскольку в рассматриваемом классе задач, чем выше битрейт, тем больше нагрузка. В тесте использовался фрагмент 1:28:00-1:33:00 налета японских самолетов. Средний битрейт данного участка составляет 25 Мбит/с, а максимальный — 40 Мбит/с. Отметим, что издание имеет формат 2.35:1, то есть присутствуют черные полосы сверху и снизу картинки.

Результаты оценки среднего значения нагрузки показали, что их нельзя использовать для анализа производительности на данном ролике — в явно провальных внешне режимах средние значения были не очень большими — порядка 70-80%. Однако, как мы говорили выше, данный тестовый фрагмент имеет существенно изменяющийся битрейт и поэтому корректнее рассматривать максимальную нагрузку, которая представлена на диаграмме.

Здесь мы видим, что HD MPEG2 не является сложной задачей для любого двухядерного процессора без помощи видеокарты. Ее использование может опустить планку требований до одного ядра с частотой 2 ГГц. А без помощи видеокарты одноядерный процессор только на максимальной частоте справляется с нагрузкой.

Общий уровень выигрыша от использования UVD с MPEG2 достигает полутора раз. Однако эти цифры представляют собой, скорее, теоретические результаты, поскольку их в данном случае сложно перевести в деньги — если у вас уже есть современный процессор (или вы собираетесь купить новый компьютер), то все работает и так. Если он древний, то здесь нужно смотреть по ситуации — есть ли слоты PCIe на материнской плате, есть ли смысл обойтись именно только заменой видеокарты и так далее. В любом случае, стоит учесть результаты тестов и более ресурсоемких кодеков.

Дополнительные тесты с нешифрованными данными проводились здесь и далее с 2,0 ГГц двухядерным процессором. Они показали, что нагрузка с данным фрагментом в них меньше примерно на 30%. Обратите внимание, что это достаточно большое значение. В частности, это одно из объяснений того, что цифры в данном тестировании существенно больше, чем в проводимых на роликах, а не реальных дисках.

Тестирование VC-1 сначала предполагалось провести на диске с фильмом «Flags of Our Fathers», который вышел недавно и имеет сложные сцены. Однако оказалось, что более требовательным является «Full Metal Jacket», для оцифровки которого издатели, видимо, использовали битрейт по-максимуму. Учитывая, что фильму 20 лет, для его шумной пленки это было необходимо. Для теста использовался фрагмент 1:31:00-1:36:00. Битрейт был практически постоянным в районе 27 Мбит/с. Данное издание имеет формат картинки 16:9. Из интересных особенностей отметим заметные осцилляции нагрузки на процессор, не связанные непосредственно со сложностью сцены. Впрочем, внешне они никак не проявлялись. Возможно, в данном случае это особенность программно-аппаратной конфигурации тестового стенда, поскольку и на других HD DVD дисках с кодеком VC-1 наблюдалась аналогичная картина.

На этом фрагменте мы оценили и среднюю, и максимальную загрузки процессора. Однако разница между ними оказалась менее заметна (3-6% в неграничных режимах), чем в предыдущем случае — сказывается меньшая неравномерность битрейта. Анализировать будем только данные по максимальной нагрузке.

По графикам сразу видно, что VC-1 создает большую нагрузку при декодировании, чем MPEG2. Двухядерные процессоры на пределе справляются с данной задачей без помощи видеокарты (отметим, что 2,6 ГГц сегодня не самая большая частота для двухядерных моделей от AMD, так что у топовых моделей есть шанс). Об одноядерных можно и не вспоминать. Однако использование UVD кардинально меняет картину — одноядерный процессор с частотой 1,8 ГГц оказывается способным на декодирование VC-1! Нагрузка с помощью видеокарты сокращается в три раза. Безусловно, говорить о «полном освобождении процессора» нельзя, однако и это очень впечатляющий результат. Еще один красивый вывод может прозвучать так: «Правильная видеокарта лучше, чем второе ядро!».

Отметим, что в случае данной задачи можно получить и финансовую выгоду от правильно составленной конфигурации — вместо двухядерного процессора с частотой 2,8 ГГц приобрести, скажем, модель с частотой 2 ГГц (разница в стоимости процессоров на момент написания статьи составляла около $100), и видеокарту с RADEON HD 2400, и еще останется на шпильки. Конечно, нужно отдавать себе отчет, что это узкоспециализированное решение и такая замена интересна только для данной задачи, в большинстве остальных (скажем, видеомонтажа) лучше иметь более быстрый процессор, чем видеокарту начального уровня.

С задачей декодирования нешифрованного контента и двухядерники справляются — снижение нагрузки на нашем фрагменте составляет три раза, по сравнению с оригинальным диском. В этом случае использование возможностей видеокарты показывает еще больший эффект — двухядерный 2 ГГц процессор с UVD занят в шесть (!) раз меньше, чем без него.

Для тестирования AVC/H.264 использовался Blu-ray диск «Казино Рояль». Оценка загрузки процессора осуществлялась по пяти минутам (0:10:00-0:15:00) в начале фильма. Эта динамичная сцена «погони за плохим парнем» достаточно сложна для кодека. По информации плеера, максимальный битрейт достигал значения 29 Мбит/с, а средний составляет 28 Мбит/с. На слабых конфигурациях можно было увидеть, что именно на высокобитрейтных участках появляются проблемы с производительностью — картинка начинает «стробить». Отметим, что и здесь формат записи «шире», чем 16:9, и есть черные полосы сверху и снизу картинки.

Графики показывают, что нагрузка в данном случае несколько меньше, чем у VC-1, но общая расстановка сил сохраняется. Без помощи видеокарты справиться с декодированием этого формата могут только старшие модели двухядерных процессоров с частотой от 2,6 ГГц. Одноядерным обязательно требуется поддержка. В этом случае модель с частотой ядра 1,4 ГГц может справиться с задачей. Двухядерные на частоте 1 ГГц способны обеспечить необходимый уровень производительности.

Выводы здесь аналогичны вышеприведенным для VC-1 — использование видеокарты со специальным блоком для помощи в декодировании видео позволит использовать не самые быстрые (а значит, дорогие и горячие) процессоры в вашем медиацентре.

Незашифрованный контент может воспроизводиться на системе с двухядерным процессором частотой 2,0 ГГц без активной DXVA (снижение нагрузки из-за отсутствия дешифрации составляет два раза). В случае работы UVD, процессор снижает свою занятость в пять раз на этом контенте.

Дополнительно с использованием программы Rivatuner мы посмотрели, как обстоит дело с температурой видеочипа в интересующих нас задачах. Проверка показала, что в отличие от 3D-приложений, в задачах воспроизведения видео высокой четкости температура чипа растет незначительно — на нашей тестовой системе наблюдался рост с 45 до максимум 50 градусов.

Резюмируем в таблице данные, полученные в этом тестировании в виде списка конфигураций, имеющих достаточную производительность для проигрывания HD-видео дисков.

Проведенное исследование показывает, что задача создания тихого и холодного медиацентра с возможностью просмотра современных форматов видео высокого разрешения на дисках Blu-ray и HD DVD сегодня может быть успешно решена. Секрет кроется в использовании видеокарт последних поколений, которые, обладая специальным блоком, позволяют кардинально снизить нагрузку на центральный процессор при просмотре видео.