在前文《视频编解码硬件方案漫谈》中,我们探讨了硬件视频编解码的一般方案。本文将进一步探讨如何在ffmpeg中利用显卡硬件加速音视频编解码。

一、基本概况
ffmpeg通过对显卡厂商的SDK进行封装和集成,实现了部分硬件编解码功能。
| NVIDIA | AMD | INTEL | |
|---|---|---|---|
| 编码器 | xxx_nvenc | xxx_amf | xxxx_qsv |
| 解码器 | xxx_cuvid | 暂未实现 | xxxx_qsv |
其中,xxx代表编码类型,如h264、h265、mpeg2、vp8、vp9等。此外,ffmpeg中的软件编解码器也可以实现相关硬件加速。例如,在h264解码器中可以使用cuda加速、qsv加速、dxva2加速、d3d11va加速和opencl加速等。
| cuda | qsv | dxva2/d3d11va | opencl | |
|---|---|---|---|---|
| 应用场景 | 适用于NVIDIA显卡平台,但跨操作系统 | 适用于Intel显卡平台,但跨操作系统 | 适用于Windows操作系统,但跨硬件平台 | 仅支持opencl的硬件平台 |
二、命令行的使用
在ffmpeg中,如果使用
-vcodec xxx
ffplay -x 800 -y 600 -vcodec h264_qsv h264.mp4 ffplay -x 800 -y 600 -vcodec hevc_qsv 4k_hevc.mp4 ffmpeg.exe -i test.ts -vcodec hevc_amf -s 1280x720 output.ts
三、代码中使用
1)使用特定的编解码器
编解码器包由AVCodec描述,其中ID代表一类编码器或解码器。例如,
AV_CODEC_ID_H264
avcodec_find_decoder(ID)
avcodec_find_encoder(ID)
avcodec_find_encoder_by_name(name)
avcodec_find_decoder_by_name(name)
例如:
//codec = avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_H264);
codec = avcodec_find_decoder_by_name("h264_cuvid");
if (!codec) {
fprintf(stderr, "Codec not found\n");
exit(1);
}2)使用硬件加速
使用特定编解码器的好处是跨操作系统,无论是Windows还是Linux都使用同一套代码,但缺点是不跨硬件,不同显卡厂商使用不同的编解码器。基于软件编码器的硬件加速则跨硬件显卡,如Windows上的d3d11va硬件加速,无论底层是AMD、Intel还是NVIDIA显卡都适用,相当于Windows系统屏蔽了硬件细节,我们只需调用Windows的API即可。以下是一个基于硬件加速的示例代码:
static AVBufferRef* hw_device_ctx = NULL;
static enum AVPixelFormat hw_pix_fmt;
static FILE* output_file = NULL;
<p>//硬件加速初始化
static int hw_decoder_init(AVCodecContext* ctx, const enum AVHWDeviceType type) {
int err = 0;
//创建一个硬件设备上下文
if ((err = av_hwdevice_ctx_create(&hw_device_ctx, type, NULL, NULL, 0)) < 0) {
fprintf(stderr, "Failed to create specified HW device.\n");
return err;
}
ctx->hw_device_ctx = av_buffer_ref(hw_device_ctx);
return err;
}</p><p>//获取GPU硬件解码帧的格式
static enum AVPixelFormat get_hw_format(AVCodecContext<em> ctx, const enum AVPixelFormat</em> pix_fmts) {
const enum AVPixelFormat<em> p;
for (p = pix_fmts; </em>p != -1; p++) {
if (<em>p == hw_pix_fmt)
return </em>p;
}
fprintf(stderr, "Failed to get HW surface format.\n");
return AV_PIX_FMT_NONE;
}</p><p>//解码后数据格式转换,GPU到CPU拷贝,YUV数据dump到文件
static int decode_write(AVCodecContext<em> avctx, AVPacket</em> packet) {
AVFrame<em> frame = NULL, </em>sw_frame = NULL;
AVFrame<em> tmp_frame = NULL;
uint8_t</em> buffer = NULL;
int size;
int ret = 0;</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">ret = avcodec_send_packet(avctx, packet);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "Error sending a packet for decoding\n");
return ret;
}
while (ret >= 0) {
if (!(frame = av_frame_alloc()) || !(sw_frame = av_frame_alloc())) {
fprintf(stderr, "Can not alloc frame\n");
ret = AVERROR(ENOMEM);
goto fail;
}
ret = avcodec_receive_frame(avctx, frame);
if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) {
av_frame_free(&frame);
av_frame_free(&sw_frame);
return 0;
} else if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "Error during decoding\n");
goto fail;
}
if (frame->format == hw_pix_fmt) {
/* 将解码后的数据从GPU内存格式转为CPU内存格式,并完成GPU到CPU内存的拷贝*/
if ((ret = av_hwframe_transfer_data(sw_frame, frame, 0)) < 0) {
fprintf(stderr, "Error transferring the data to system memory\n");
goto fail;
}
tmp_frame = sw_frame;
} else {
tmp_frame = frame;
}
size = av_image_get_buffer_size((AVPixelFormat)tmp_frame->format, tmp_frame->width, tmp_frame->height, 1);
//分配内存
buffer = (uint8_t *)av_malloc(size);
if (!buffer) {
fprintf(stderr, "Can not alloc buffer\n");
ret = AVERROR(ENOMEM);
goto fail;
}
//将图片数据拷贝到buffer中(按行拷贝)
ret = av_image_copy_to_buffer(buffer, size, (const uint8_t* const*)tmp_frame->data, (const int*)tmp_frame->linesize, (AVPixelFormat)tmp_frame->format, tmp_frame->width, tmp_frame->height, 1);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "Can not copy image to buffer\n");
goto fail;
}
fwrite(buffer, 1, size, output_file);
av_frame_free(&frame);
av_frame_free(&sw_frame);
av_free(buffer);
}fail: av_frame_free(&frame); av_frame_free(&sw_frame); av_free(buffer); return ret; }
int main(int argc, char argv[]) { AVFormatContext input_ctx = NULL; AVCodecContext decoder_ctx = NULL; AVCodec decoder = NULL; AVPacket packet; enum AVHWDeviceType type; int video_stream = -1; AVCodecParameters video = NULL; AVHWDeviceType type = AV_HWDEVICE_TYPE_NONE; const AVCodecHWConfig config = NULL;
<pre class="brush:php;toolbar:false;">if (argc < 4) {
fprintf(stderr, "Usage: %s <device type> <input file> <output file>\n", argv[0]);
return -1;
}
// 设备类型为:cuda dxva2 qsv d3d11va opencl,通常在windows使用d3d11va或者dxva2
type = av_hwdevice_find_type_by_name(argv[1]);
if (type == AV_HWDEVICE_TYPE_NONE) {
fprintf(stderr, "Device type %s is not supported.\n", argv[1]);
fprintf(stderr, "Available device types:");
while ((type = av_hwdevice_iterate_types(type)) != AV_HWDEVICE_TYPE_NONE)
fprintf(stderr, " %s", av_hwdevice_get_type_name(type));
fprintf(stderr, "\n");
return -1;
}
/* open the input file */
if (avformat_open_input(&input_ctx, argv[2], NULL, NULL) != 0) {
fprintf(stderr, "Cannot open input file '%s'\n", argv[2]);
return -1;
}
if (avformat_find_stream_info(input_ctx, NULL) < 0) {
fprintf(stderr, "Cannot find stream information\n");
return -1;
}
for (int i = 0; i < input_ctx->nb_streams; i++) {
if (input_ctx->streams[i]->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
video_stream = i;
break;
}
}
if (video_stream == -1) {
fprintf(stderr, "No video stream found\n");
return -1;
}
decoder = avcodec_find_decoder(input_ctx->streams[video_stream]->codecpar->codec_id);
if (!decoder) {
fprintf(stderr, "Failed to find %s codec\n", av_get_media_type_string(AVMEDIA_TYPE_VIDEO));
return -1;
}
while ((config = avcodec_get_hw_config(decoder, config ? config->config_id + 1 : 0))) {
if (config->methods & AV_CODEC_HW_CONFIG_METHOD_HW_DEVICE_CTX &&
config->device_type == type) {
hw_pix_fmt = config->pix_fmt;
break;
}
}
if (!(decoder_ctx = avcodec_alloc_context3(decoder)))
return AVERROR(ENOMEM);
video = input_ctx->streams[video_stream];
if (avcodec_parameters_to_context(decoder_ctx, video->codecpar) < 0)
return -1;
decoder_ctx->get_format = get_hw_format;
//硬件加速初始化
if (hw_decoder_init(decoder_ctx, type) < 0)
return -1;
if (avcodec_open2(decoder_ctx, decoder, NULL) < 0)
return -1;
output_file = fopen(argv[3], "wb");
if (!output_file) {
fprintf(stderr, "Could not open %s\n", argv[3]);
return -1;
}
av_init_packet(&packet);
packet.data = NULL;
packet.size = 0;
while (av_read_frame(input_ctx, &packet) >= 0) {
if (packet.stream_index == video_stream) {
ret = decode_write(decoder_ctx, &packet);
if (ret < 0)
goto end;
}
av_packet_unref(&packet);
}
// Flush the decoder
packet.data = NULL;
packet.size = 0;
ret = decode_write(decoder_ctx, &packet);
if (ret < 0)
goto end;end: fclose(output_file); avcodec_free_context(&decoder_ctx); avformat_close_input(&input_ctx); av_buffer_unref(&hw_device_ctx);
<pre class="brush:php;toolbar:false;">return ret;
}
编译后生成
hw_decoder.exe
hw_decoder.exe dxva2 D:\videos\hevcdemo.ts test.yuv

由此可见,GPU解码器的利用率高,CPU占用率极低,硬件加速成功。
以上就是FFMPEG硬件编解码器使用的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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