Com o advento de formatos de vídeo pesados, como 4K (Ultra HD), o problema da eficiência da decodificação de fluxo de vídeo tornou-se bastante relevante. Em um computador comum, é necessário tomar medidas especiais para processar esse fluxo de vídeo em tempo real. O artigo descreve as possíveis maneiras de aumentar a velocidade de decodificação de fluxos de vídeo em soluções baseadas em FFmpeg e apresenta os resultados de experimentos sobre como medir a velocidade de decodificação de fluxos de vídeo 4K codificados em H264 e HEVC (H265).

Índice

  1. Três maneiras de aumentar a velocidade de decodificação do fluxo de vídeo
    1.1. Conexão de fluxos de trabalho adicionais em decodificadores padrão
    1.2. Conectando a aceleração de hardware em decodificadores padrão
    1.3. Usando decodificadores especiais que implementam decodificação em GPUs
  2. medir a velocidade de decodificação
  3. Notas sobre QSV descodificadores
  Recursos

1. Três maneiras de aumentar a velocidade de decodificação de um fluxo de vídeo

Vamos considerar três maneiras de aumentar a velocidade de decodificação de um fluxo de vídeo.

1. Conexão de threads de trabalho adicionais (threads) em decodificadores padrão.
2. Conexão de aceleração de hardware (HW Acceleration) em decodificadores padrão.
3. Usando decodificadores especiais que implementam decodificação em GPUs.

CPU, .

, FFmpeg. - : — Windows 10, — Intel i5 8400 2.80 (6 hyper-threading), — Intel UHD Graphics 630, — 16 , FFmpeg 4.2.1, zeranoe.

FFmpeg , .

1.1.

(, , ) , . avcodec_open2() thread_count AVCodecContext . — threads , avcodec_open2().

, , (h264, hevc, vp9) , theora .

-threads.

1.2.

FFmpeg . FFmpeg API libavutil/hwcontext.h. enum AVHWDeviceType, . FFmpeg :

void print_hwtypes_all()
{
    AVHWDeviceType hwtype = AV_HWDEVICE_TYPE_NONE;
    while ((hwtype = av_hwdevice_iterate_types(hwtype)) !=
                            AV_HWDEVICE_TYPE_NONE)
    {
        printf("%s\n", av_hwdevice_get_type_name(hwtype));
    }
}

- :

    cuda
    dxva2
    qsv
    d3d11va

, cuda Nvidia , qsv Intel Quick Sync Video (QSV), Intel (. [1]), dxva2 d3d11va DirectX Video Acceleration (. [2]), Windows, (Intel, Nvidia, AMD).

( ). , , :

void print_hwtypes(const char* dec_name)
{
    const AVCodec* decoder = avcodec_find_decoder_by_name(dec_name);
    for (int i = 0; ; ++i) { 
        const AVCodecHWConfig *config =
               avcodec_get_hw_config(decoder, i);
        if (config) {
            if (config->methods &
                    AV_CODEC_HW_CONFIG_METHOD_HW_DEVICE_CTX) {
                printf("%s\n", 
                  av_hwdevice_get_type_name(config->device_type));
            }
        }
        else {
            break;
        }
    }
}

- h264, hevc, vp9, vc1 :

    dxva2
    d3d11va
    cuda

theora .

, hw_decode.c. [3], 2expres.

void init_hwdevice(AVHWDeviceType hwtype, AVCodecContext *codec_ctx)
{
    AVBufferRef *dev_ctx = NULL;
    int ret = av_hwdevice_ctx_create(&dev_ctx, hwtype, NULL, NULL, 0);
    if (ret >= 0) {
        codec_ctx->get_format = get_hw_format; // . hw_decode.c
        codec_ctx->hw_device_ctx = av_buffer_ref(dev_ctx);
//   dev_ctx,    
//   av_buffer_unref()
    }
}

, , av_hwframe_transfer_data(). dxva2 d3d11va NV12.

-hwaccel.

1.3. ,

FFmpeg , .

Intel Quick Sync Video (QSV), , Intel i3, i5, i7, i9. . [1]. _qsv. FFmpeg : h264_qsv, hevc_qsv, vp8_qsv, mpeg2_qsv, vc1_qsv.

NVDEC, NVENC Nvidia. _cuvid. FFmpeg : h264_cuvid, hevc_cuvid, mpeg2_cuvid, vc1_cuvid, vp8_cuvid, vp9_cuvid, mjpeg_cuvid, mpeg4_cuvid.

:

AVStream *strm;
// ...
AVCodecID cid = strm->codecpar->codec_id;
const AVCodec *decoder = avcodec_find_decoder(cid);

. :

const AVCodec *decoder = (cid == AV_CODEC_ID_H264)
    ? avcodec_find_decoder_by_name("h264_qsv")
    : avcodec_find_decoder(cid);

-c:v -i

ffmpeg -c:v h264_qsv -i INPUT ...

2.

, H264, HEVC(H265). — 38402160 (Ultra HD), — 30 /. — h264, hevc QSV — h264_qsv, hevc_qsv. 4 : , , , dxva2. dxva2 , d3d11va, . , . : , 32- BGRA libswscale. ( 12- YUV420P NV12.) , , ( ). , 100%, , , . . 64- FFmpeg.

, , . — BGRA. , , .

32- FFmpeg. , : hevc 2-3 . .

. -benchmark . :

ffmpeg -benchmark -i INPUT -an -f null -
ffmpeg -benchmark -threads N -i INPUT -an -f null -
ffmpeg -benchmark -c:v h264_qsv -i INPUT -an -f null -
ffmpeg -benchmark -hwaccel dxva2 -i INPUT -an -f null -
ffmpeg -benchmark -i INPUT -an -pix_fmt bgra -f null -

fps, speed . -threads N auto, , 100%.

3. QSV

FFmpeg QSV : h264_qsv, hevc_qsv, vp8_qsv, mpeg2_qsv, vc1_qsv. . mpeg2_qsv , vc1_qsv . , , , -, , .

. , — avcodec_flush_buffers(). , .

[1] Intel Quick Sync Video.
[2] DirectX Video Acceleration.
[3] FFmpeg DXVA2.