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如何使用vaapi让FFMPEG进行编码？

encodingffmpegvaapi
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我看过很多使用libavcodec和vaapi进行加速解码的例子，但是如何使用它来加速编码呢？

3个回答
20

截止今日，FFmpeg和libav已在支持的平台和硬件SKU上通过VAAPI实现了硬件加速编码。同时，我写了一篇相关文档，可以帮助您设置、部署和使用ffmpeg和libav来实现相同的效果。

另外，我还添加了有关硬件表面限制的参考信息，这样您就可以知道哪些硬件平台支持特定的视频编解码器以用于VAAPI编码。

下面展示了通过环境模块系统加载的示例FFmpeg构建过程：

以Skylake验证测试机为例构建支持VP8/9解码和编码硬件加速的VAAPI-enabled FFmpeg：

构建平台：Ubuntu 16.04LTS。

首先要做的事情：

先构建依赖链。

  1. cmrt:

这是适用于Intel G45和HD Graphics系列的媒体运行时GPU内核管理器的C语言实现。 这是构建intel-hybrid-driver软件包的先决条件。

git clone https://github.com/intel/cmrt
cd cmrt
./autogen.sh
./configure
time make -j$(nproc) VERBOSE=1
sudo make -j$(nproc) install
sudo ldconfig -vvvv
  1. intel-hybrid-driver：

该软件包提供对WebM项目VPx编解码器的支持。通过在Intel GEN GPU上执行媒体内核，实现GPU加速。混合驱动程序提供CPU绑定熵（例如CPBAC）解码，并管理GEN GPU媒体内核参数和缓冲区。

构建libva所需的先决条件，以便我们可以在受支持的硬件配置上访问VPX系列混合解码能力。

git clone https://github.com/intel/intel-hybrid-driver
cd intel-hybrid-driver
./autogen.sh
./configure
time make -j$(nproc) VERBOSE=1
sudo make -j$(nproc) install
sudo ldconfig -vvv
  1. intel-vaapi-driver:

这个软件包为Intel GEN Graphics系列SKU提供了VA-API(Video Acceleration API)用户模式驱动程序。当前的视频驱动后端通过打包要发送给i915驱动程序的缓冲区和命令，提供了与GEN GPU的桥接来实现视频解码、编码和处理的硬件和着色器功能。此外，它还在必须使用--enable-hybrid-codec选项配置的支持硬件上调用intel-hybrid-driver的VP8/9混合解码任务时提供了一个包装器。

git clone https://github.com/intel/intel-vaapi-driver
cd intel-vaapi-driver
./autogen.sh
./configure --enable-hybrid-codec
time make -j$(nproc) VERBOSE=1
sudo make -j$(nproc) install
sudo ldconfig -vvvv
  1. libva:

Libva是VA-API（视频加速API）的实现。

VA-API是一个开源库和API规范，为视频处理提供了访问图形硬件加速能力的途径。它由一个主要的库和针对每个支持的硬件供应商的特定驱动程序加速后端组成。

git clone https://github.com/intel/libva
cd libva
./autogen.sh
./configure
time make -j$(nproc) VERBOSE=1
sudo make -j$(nproc) install
sudo ldconfig -vvvv

完成后，运行vainfo测试 VAAPI 支持的功能集：

vainfo

我的当前测试平台输出结果为:

libva info: VA-API version 0.40.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: Trying to open /usr/local/lib/dri/i965_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_0_40
libva info: va_openDriver() returns 0
vainfo: VA-API version: 0.40 (libva 1.7.3)
vainfo: Driver version: Intel i965 driver for Intel(R) Skylake - 1.8.3.pre1 (glk-alpha-58-g5a984ae)
vainfo: Supported profile and entrypoints
      VAProfileMPEG2Simple            : VAEntrypointVLD
      VAProfileMPEG2Simple            : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileMPEG2Main              : VAEntrypointVLD
      VAProfileMPEG2Main              : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264ConstrainedBaseline: VAEntrypointVLD
      VAProfileH264ConstrainedBaseline: VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264ConstrainedBaseline: VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264Main               : VAEntrypointVLD
      VAProfileH264Main               : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264Main               : VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264High               : VAEntrypointVLD
      VAProfileH264High               : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264High               : VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264MultiviewHigh      : VAEntrypointVLD
      VAProfileH264MultiviewHigh      : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264StereoHigh         : VAEntrypointVLD
      VAProfileH264StereoHigh         : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileVC1Simple              : VAEntrypointVLD
      VAProfileVC1Main                : VAEntrypointVLD
      VAProfileVC1Advanced            : VAEntrypointVLD
      VAProfileNone                   : VAEntrypointVideoProc
      VAProfileJPEGBaseline           : VAEntrypointVLD
      VAProfileJPEGBaseline           : VAEntrypointEncPicture
      VAProfileVP8Version0_3          : VAEntrypointVLD
      VAProfileVP8Version0_3          : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileHEVCMain               : VAEntrypointVLD
      VAProfileHEVCMain               : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileVP9Profile0            : VAEntrypointVLD

制作可用的FFmpeg编译版本以测试编码器:

现在，我们将构建一个FFmpeg二进制文件，以利用VAAPI在Skylake上测试编码和解码功能，并使用自定义前缀，因为我们通过测试平台上的环境模块系统加载FFmpeg。

首先准备目标目录:

sudo mkdir -p /apps/ffmpeg/dyn
sudo chown -Rc $USER:$USER /apps/ffmpeg/dyn
mkdir -p ~/ffmpeg_sources

根据需要包含额外的组件：

(a). 构建并部署 nasm:Nasm是x86优化所使用的汇编程序，被x264和FFmpeg使用。强烈建议使用，否则您的构建结果可能非常缓慢。

请注意，我们现在已经从Yasm切换到nasm，因为这是x265、x264等人正在采用的当前汇编程序。

cd ~/ffmpeg_sources
wget wget http://www.nasm.us/pub/nasm/releasebuilds/2.14rc0/nasm-2.14rc0.tar.gz
tar xzvf nasm-2.14rc0.tar.gz
cd nasm-2.14rc0
./configure --prefix="/apps/ffmpeg/dyn" --bindir="/apps/ffmpeg/dyn/bin"
make -j$(nproc) VERBOSE=1
make -j$(nproc) install
make -j$(nproc) distclean

(b). 构建并静态部署 libx264： 该库提供 H.264 视频编码器。有关更多信息和使用示例，请参见H.264 编码指南。 这需要使用 --enable-gpl --enable-libx264 配置 ffmpeg。

cd ~/ffmpeg_sources
wget http://download.videolan.org/pub/x264/snapshots/last_x264.tar.bz2
tar xjvf last_x264.tar.bz2
cd x264-snapshot*
PATH="/apps/ffmpeg/dyn/bin:$PATH" ./configure --prefix="/apps/ffmpeg/dyn" --bindir="/apps/ffmpeg/dyn/bin" --enable-static --disable-opencl
PATH="/apps/ffmpeg/dyn/bin:$PATH" make -j$(nproc) VERBOSE=1
make -j$(nproc) install VERBOSE=1
make -j$(nproc) distclean

(c). 构建和配置libx265： 该库提供了一个H.265/HEVC视频编码器。有关更多信息和使用示例，请参阅H.265编码指南。

sudo apt-get install cmake mercurial
cd ~/ffmpeg_sources
hg clone https://bitbucket.org/multicoreware/x265
cd ~/ffmpeg_sources/x265/build/linux
PATH="$/apps/ffmpeg/dyn/bin:$PATH" cmake -G "Unix Makefiles" -DCMAKE_INSTALL_PREFIX="/apps/ffmpeg/dyn" -DENABLE_SHARED:bool=off ../../source
make -j$(nproc) VERBOSE=1
make -j$(nproc) install VERBOSE=1
make -j$(nproc) clean VERBOSE=1

(d). 构建并部署libfdk-aac库: 这提供了一个AAC音频编码器。有关更多信息和使用示例，请参见AAC音频编码指南。 这需要使用--enable-libfdk-aac（如果还包括--enable-gpl，则需要使用--enable-nonfree）配置ffmpeg。

cd ~/ffmpeg_sources
wget -O fdk-aac.tar.gz https://github.com/mstorsjo/fdk-aac/tarball/master
tar xzvf fdk-aac.tar.gz
cd mstorsjo-fdk-aac*
autoreconf -fiv
./configure --prefix="/apps/ffmpeg/dyn" --disable-shared
make -j$(nproc)
make -j$(nproc) install
make -j$(nproc) distclean

(e). 构建和配置 libvpx

   cd ~/ffmpeg_sources
   git clone https://github.com/webmproject/libvpx/
   cd libvpx
   ./configure --prefix="/apps/ffmpeg/dyn" --enable-runtime-cpu-detect --enable-vp9 --enable-vp8 \
   --enable-postproc --enable-vp9-postproc --enable-multi-res-encoding --enable-webm-io --enable-vp9-highbitdepth --enable-onthefly-bitpacking --enable-realtime-only \
   --cpu=native --as=yasm
   time make -j$(nproc)
   time make -j$(nproc) install
   time make clean -j$(nproc)
   time make distclean

(f). 构建LibVorbis

   cd ~/ffmpeg_sources
   wget -c -v http://downloads.xiph.org/releases/vorbis/libvorbis-1.3.5.tar.xz
   tar -xvf libvorbis-1.3.5.tar.xz
   cd libvorbis-1.3.5
   ./configure --enable-static --prefix="/apps/ffmpeg/dyn"
   time make -j$(nproc)
   time make -j$(nproc) install
   time make clean -j$(nproc)
   time make distclean

(g). 构建FFmpeg：

cd ~/ffmpeg_sources
git clone https://github.com/FFmpeg/FFmpeg -b master
cd FFmpeg
PATH="/apps/ffmpeg/dyn/bin:$PATH" PKG_CONFIG_PATH="/apps/ffmpeg/dyn/lib/pkgconfig" ./configure \
  --pkg-config-flags="--static" \
  --prefix="/apps/ffmpeg/dyn" \
  --extra-cflags="-I/apps/ffmpeg/dyn/include" \
  --extra-ldflags="-L/apps/ffmpeg/dyn/lib" \
  --bindir="/apps/ffmpeg/dyn/bin" \
  --enable-debug=3 \
  --enable-vaapi \
  --enable-libvorbis \
  --enable-libvpx \
  --enable-gpl \
  --cpu=native \
  --enable-opengl \
  --enable-libfdk-aac \
  --enable-libx264 \
  --enable-libx265 \
  --enable-nonfree 
PATH="/apps/ffmpeg/dyn/bin:$PATH" make -j$(nproc) 
make -j$(nproc) install 
make -j$(nproc) distclean 
hash -r

注意: 要获取调试构建，请省略 distclean 步骤，您会在源子目录下找到 ffmpeg_g 二进制文件。

当问题出现时，我们经常需要调试构建，并且可能需要使用 gdb 跟踪进行调试。

FFmpeg 的环境模块文件（根据需要进行编辑以适应您的前缀，并添加冲突）：

less /usr/share/modules/modulefiles/ffmpeg/vaapi


#%Module1.0#####################################################################
##
## ffmpeg media transcoder modulefile
## By Dennis Mungai <dmngaie@gmail.com>
## February, 2016
##

# for Tcl script use only
set     appname         ffmpeg
set     version         dyn
set     prefix          /apps/${appname}/${version}
set     exec_prefix     ${prefix}/bin

conflict        ffmpeg/git

prepend-path    PATH            ${exec_prefix}
prepend-path    LD_LIBRARY_PATH ${prefix}/lib

要加载和测试，请运行：

module load ffmpeg/vaapi

通过确认一切都是正常的来验证：

which ffmpeg

期望的输出：

/apps/ffmpeg/dyn/bin/ffmpeg

用于测试新编码器的示例代码片段：

确认已成功构建VAAPI编码器：

ffmpeg  -hide_banner -encoders | grep vaapi 

 V..... h264_vaapi           H.264/AVC (VAAPI) (codec h264)
 V..... hevc_vaapi           H.265/HEVC (VAAPI) (codec hevc)
 V..... mjpeg_vaapi          MJPEG (VAAPI) (codec mjpeg)
 V..... mpeg2_vaapi          MPEG-2 (VAAPI) (codec mpeg2video)
 V..... vp8_vaapi            VP8 (VAAPI) (codec vp8)

请参阅有关每个编码器的帮助文档：

ffmpeg -hide_banner -h encoder='encoder name'

测试编码器；

使用GNU parallel，我们将使用以下示例对位于系统上的~/src路径中的一些mp4文件（4k H.264测试样本，每个文件40分钟，AAC 6声道音频）分别进行VP8和HEVC编码。请注意，我已经调整了编码器以适应我的用例，并启用了重新缩放为1080p。如有需要，请进行调整。

启动10个编码作业对VP8进行编码：

parallel -j 10 --verbose '/apps/ffmpeg/dyn/bin/ffmpeg -loglevel debug -threads 4 -hwaccel vaapi -i "{}"  -vaapi_device /dev/dri/renderD129 -c:v vp8_vaapi -loop_filter_level:v 63 -loop_filter_sharpness:v 15 -b:v 4500k -maxrate:v 7500k -vf 'format=nv12,hwupload,scale_vaapi=w=1920:h=1080' -c:a libvorbis -b:a 384k -ac 6 -f webm "{.}.webm"' ::: $(find . -type f -name '*.mp4')

使用GNU Parallel对HEVC进行编码:

使用HEVC Main Profile，同时启动10个编码作业：

parallel -j 4 --verbose '/apps/ffmpeg/dyn/bin/ffmpeg -loglevel debug -threads 4 -hwaccel vaapi -i "{}"  -vaapi_device /dev/dri/renderD129 -c:v hevc_vaapi -qp:v 19 -b:v 2100k -maxrate:v 3500k -vf 'format=nv12,hwupload,scale_vaapi=w=1920:h=1080' -c:a libvorbis -b:a 384k -ac 6 -f matroska "{.}.mkv"' ::: $(find . -type f -name '*.mp4')

一些注意事项：

  1. 英特尔的QuickSync非常高效。在此处查看同时运行10个编码时的功率利用跟踪和平均系统负载。
  2. Skylake的HEVC编码器非常慢，我怀疑在我的硬件上，可能比基于软件的x265编码器和kvazaar的HEVC编码器还要慢。然而，当其调校良好时，其质量显著优于其他基于硬件的编码器，如Maxwell GM200系列SKU上的Nvidia NVENC HEVC编码器。但是，Pascal上的NVENC编码器更快，也更优于Intel Skylake HEVC编码器实现上的编码器。
  3. 与Nvidia的NVENC不同，消费级SKU上没有同时编码限制。我能够使用VAAPI同时运行10个编码会话，而在GeForce GTX系列GPU的测试平台上，我最多只能同时运行两个编码会话。做得好，英特尔。

小更新：VP9硬件加速编码现在可以在FFmpeg中使用。但是，您需要一个基于Intel卡比湖的集成GPU才能利用此功能。

现在，使用新的vp9_vaapi编码器，我们可以获得以下结果。

可用的编码器选项：

ffmpeg -h vp9_vaapi

输出：

Encoder vp9_vaapi [VP9 (VAAPI)]:
    General capabilities: delay 
    Threading capabilities: none
    Supported pixel formats: vaapi_vld
vp9_vaapi AVOptions:
  -loop_filter_level <int>        E..V.... Loop filter level (from 0 to 63) (default 16)
  -loop_filter_sharpness <int>        E..V.... Loop filter sharpness (from 0 to 15) (default 4)

当您尝试在不支持的硬件上执行此操作（例如Skylake），会发生什么？

请参阅下面的示例输出：

[Parsed_format_0 @ 0x42cb500] compat: called with args=[nv12]
[Parsed_format_0 @ 0x42cb500] Setting 'pix_fmts' to value 'nv12'
[Parsed_scale_vaapi_2 @ 0x42cc300] Setting 'w' to value '1920'
[Parsed_scale_vaapi_2 @ 0x42cc300] Setting 'h' to value '1080'
[graph 0 input from stream 0:0 @ 0x42cce00] Setting 'video_size' to value '3840x2026'
[graph 0 input from stream 0:0 @ 0x42cce00] Setting 'pix_fmt' to value '0'
[graph 0 input from stream 0:0 @ 0x42cce00] Setting 'time_base' to value '1/1000'
[graph 0 input from stream 0:0 @ 0x42cce00] Setting 'pixel_aspect' to value '1/1'
[graph 0 input from stream 0:0 @ 0x42cce00] Setting 'sws_param' to value 'flags=2'
[graph 0 input from stream 0:0 @ 0x42cce00] Setting 'frame_rate' to value '24000/1001'
[graph 0 input from stream 0:0 @ 0x42cce00] w:3840 h:2026 pixfmt:yuv420p tb:1/1000 fr:24000/1001 sar:1/1 sws_param:flags=2
[format @ 0x42cba40] compat: called with args=[vaapi_vld]
[format @ 0x42cba40] Setting 'pix_fmts' to value 'vaapi_vld'
[auto_scaler_0 @ 0x42cd580] Setting 'flags' to value 'bicubic'
[auto_scaler_0 @ 0x42cd580] w:iw h:ih flags:'bicubic' interl:0
[Parsed_format_0 @ 0x42cb500] auto-inserting filter 'auto_scaler_0' between the filter 'graph 0 input from stream 0:0' and the filter 'Parsed_format_0'
[AVFilterGraph @ 0x42ca360] query_formats: 6 queried, 4 merged, 1 already done, 0 delayed
[auto_scaler_0 @ 0x42cd580] w:3840 h:2026 fmt:yuv420p sar:1/1 -> w:3840 h:2026 fmt:nv12 sar:1/1 flags:0x4
[hwupload @ 0x42cbcc0] Surface format is nv12.
[AVHWFramesContext @ 0x42ccbc0] Created surface 0x4000000.
[AVHWFramesContext @ 0x42ccbc0] Direct mapping possible.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000001.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Direct mapping possible.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000002.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000003.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000004.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000005.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000006.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000007.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000008.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x4000009.
[AVHWFramesContext @ 0x42c3e40] Created surface 0x400000a.
[vp9_vaapi @ 0x409da40] Encoding entrypoint not found (19 / 6).
Error initializing output stream 0:0 -- Error while opening encoder for output stream #0:0 - maybe incorrect parameters such as bit_rate, rate, width or height
[AVIOContext @ 0x40fdac0] Statistics: 0 seeks, 0 writeouts
[aac @ 0x40fcb00] Qavg: -nan
[AVIOContext @ 0x409f820] Statistics: 32768 bytes read, 0 seeks
Conversion failed!

有趣的部分是入口点警告，指出在这个特定平台上缺少VP9编码，这一点已由vainfo的输出确认：

libva info: VA-API version 0.40.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: Trying to open /usr/local/lib/dri/i965_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_0_40
libva info: va_openDriver() returns 0
vainfo: VA-API version: 0.40 (libva 1.7.3)
vainfo: Driver version: Intel i965 driver for Intel(R) Skylake - 1.8.4.pre1 (glk-alpha-71-gc3110dc)
vainfo: Supported profile and entrypoints
      VAProfileMPEG2Simple            : VAEntrypointVLD
      VAProfileMPEG2Simple            : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileMPEG2Main              : VAEntrypointVLD
      VAProfileMPEG2Main              : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264ConstrainedBaseline: VAEntrypointVLD
      VAProfileH264ConstrainedBaseline: VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264ConstrainedBaseline: VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264Main               : VAEntrypointVLD
      VAProfileH264Main               : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264Main               : VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264High               : VAEntrypointVLD
      VAProfileH264High               : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264High               : VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264MultiviewHigh      : VAEntrypointVLD
      VAProfileH264MultiviewHigh      : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264StereoHigh         : VAEntrypointVLD
      VAProfileH264StereoHigh         : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileVC1Simple              : VAEntrypointVLD
      VAProfileVC1Main                : VAEntrypointVLD
      VAProfileVC1Advanced            : VAEntrypointVLD
      VAProfileNone                   : VAEntrypointVideoProc
      VAProfileJPEGBaseline           : VAEntrypointVLD
      VAProfileJPEGBaseline           : VAEntrypointEncPicture
      VAProfileVP8Version0_3          : VAEntrypointVLD
      VAProfileVP8Version0_3          : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileHEVCMain               : VAEntrypointVLD
      VAProfileHEVCMain               : VAEntrypointEncSlice
      VAProfileVP9Profile0            : VAEntrypointVLD

在VP9配置文件0中，VLD（可变长度解码）是Skylake最远的VP9硬件加速点。

使用Kabylake测试平台运行这些编码测试并反馈结果 :-)

史诗般的答案 - Piotr Kula
4

更新 2020 年：FFMPEG 现已完全支持 VAAPI 编码和解码

您可以使用以下命令进行编码：

ffmpeg -y -vaapi_device /dev/dri/renderD128 -i file_in.avi -vf 'format=nv12,hwupload' -c:v h264_vaapi file_out.mp4

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FFmpeg支持NVENC。 - llogan
1

截至2014年10月1日，FFMPEG目前不支持使用VAAPI进行编码。它目前只支持使用VAAPI进行解码。

更新于2020年：FFMPEG现在完全支持VAAPI。

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可以查看英文原文，
原文链接