Accélération vidéo matérielle

L'accélération vidéo matérielle rend possible le décodage/encodage vidéo par la carte vidéo, réduisant ainsi la charge et la consommation du processeur.

Dans ce qui suit, on considère le cas des cartes vidéo intel prises en charge par la librairie "open source" intel VAAPI (Video Acceleration API)

Références :

Création : Debian Buster/sid

La commande vainfo fournie par le paquet homonyme fournit des informations sur le pilote d'accélération vidéo installé et utilisé sur le système

$ sudo aptitude install vainfo

Exemple de réponse lorsqu'aucun pilote d'accélération matériel n'est installé :

$ vainfo
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/i965_drv_video.so
libva info: va_openDriver() returns -1
vaInitialize failed with error code -1 (unknown libva error),exit

L'accélération vidéo des processeurs graphiques est fournie par des paquets *va-driver* dont on peut trouver la liste en tentant l'installation du paquet va-driver

$ sudo aptitude install va-driver
« va-driver » est un paquet virtuel fourni par :        
  i965-va-driver-shaders intel-media-va-driver-non-free vdpau-va-driver 
  mesa-va-drivers i965-va-driver intel-media-va-driver 
Vous devez en choisir un à installer.
Unable to apply some actions, aborting

1.2 - Pilote d'accélération par défaut

Dans le cas d'une carte graphique intel, le pilote d'accélération i965-va-driver est installé par défaut

$ aptitude show i965-va-driver
Paquet : i965-va-driver                                 
Version : 2.3.0+dfsg1-1
État: installé
Automatiquement installé: non
Multiarchitecture : même
Priorité : optionnel
Section : video
Responsable : Debian Multimedia Maintainers <debian-multimedia@lists.debian.org>
Architecture : amd64
Taille décompressée : 1 836 k
Dépend: libva-driver-abi-1.4, libc6 (>= 2.27), libdrm-intel1 (>= 2.4.46),
        libdrm2 (>= 2.3.1)
Suggère: i965-va-driver-shaders
Améliore: libva2
Fournit: va-driver
Description : VAAPI driver for Intel G45 & HD Graphics family
 The VA-API (Video Acceleration API) enables hardware accelerated video
 decode/encode at various entry-points (VLD, IDCT, Motion Compensation etc.) for
 the prevailing coding standards today (MPEG-2, MPEG-4 ASP/H.263, MPEG-4
 AVC/H.264, and VC-1/WMV3). It provides an interface to fully expose the video
 decode capabilities in today's GPUs. 
 
 This package contains the video decode and encode driver backend for the Intel
 G45 chipsets and Intel HD Graphics for the Intel Core processor family. The
 supported platforms include: 
 * Cantiga, Intel GMA 4500MHD (GM45) 
 * Ironlake, Intel HD Graphics for 2010 Intel Core processor family 
 * Sandy Bridge, Intel HD Graphics for 2011 Intel Core processor family 
 * Ivy Bridge 
 * Haswell 
 * Broadwell 
 * Skylake 
 * Kaby Lake 
 * Coffee Lake 
 * Cannon Lake
Site : https://01.org/linuxmedia/vaapi
Étiquettes: hardware::video, role::shared-lib, use::driver

et sa prise en compte est immédiate dès lors qu'il est installé

$ vainfo
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/i965_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_1_4
libva info: va_openDriver() returns 0
vainfo: VA-API version: 1.4 (libva 2.4.0)
vainfo: Driver version: Intel i965 driver for Intel(R) Coffee Lake - 2.3.0
....

1.3 - PIlote d'accélération "avancé"

Dans le cas de cartes graphiques intel récentes, installer intel-media-va-driver ou intel-media-va-driver-non-free pour utiliser toutes les possibilités des cartes graphiques

$ sudo aptitude install intel-media-va-driver
$ aptitude show intel-media-va-driver-non-free
Paquet : intel-media-va-driver-non-free                 
Version : 18.4.1+ds1-1
Nouveau: oui
État: non installé
Multiarchitecture : même
Priorité : optionnel
Section : non-free/video
Responsable : Debian Multimedia Maintainers <debian-multimedia@lists.debian.org>
Architecture : amd64
Taille décompressée : 28,2 M
Dépend: libva-driver-abi-1.4, libc6 (>= 2.14), libgcc1 (>= 1:3.0), libigdgmm5,
        libpciaccess0, libstdc++6 (>= 5.2)
Est en conflit: intel-media-va-driver
Fournit: va-driver
Description : VAAPI driver for the Intel GEN8+ Graphics family
 The VA-API (Video Acceleration API) enables hardware accelerated video
 decode/encode at various entry-points (VLD, IDCT, Motion Compensation etc.) for
 the prevailing coding standards today (MPEG-2, MPEG-4 ASP/H.263, MPEG-4
 AVC/H.264, and VC-1/WMV3). It provides an interface to fully expose the video
 decode capabilities in today's GPUs. 
 
 This package contains the video decode and encode driver backend for the Intel
 HD Graphics of the Intel Core processor family. The supported platforms
 include: 
 * Broadwell 
 * Skylake 
 * Broxton 
 * Apollo Lake 
 * Kaby Lake 
 * Coffee Lake 
 * Whiskey Lake 
 * Cannon Lake 
 * Ice Lake
Site : https://github.com/intel/media-driver

Par défaut, ce pilote n'est pas pris en compte. Utiliser le paramètre LIBVA_DRIVER_NAME, soit temporairement

$ export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD

soit de façon permanente

$ echo 'export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD' >>  ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

Vérifier la prise en compte

$ vainfo 
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: User requested driver 'iHD'
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/iHD_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_1_4
libva info: va_openDriver() returns 0
vainfo: VA-API version: 1.4 (libva 2.4.0)
vainfo: Driver version: Intel iHD driver - 1.0.0
.....

Pour revenir (temporairement) au pilote i965-va-driver

$ export LIBVA_DRIVER_NAME=i965

2 - Utilisation - Lecteurs video

2.1 - mpv

Par défaut, mpv n'utilise pas l’accélération matérielle, pour activer l'accélération matérielle avec le meilleur mode disponible, utiliser l'option --hwdec=auto

$ mpv --hwdec=auto toy_story_4-trailer.zip 
Playing: toy_story_4-trailer.zip

Playing: archive://toy_story_4-trailer.zip|Toy Story 4 - Theatrical Trailer.mp4
[ffmpeg/demuxer] mov,mp4,m4a,3gp,3g2,mj2: stream 0, timescale not set
 (+) Video --vid=1 (*) (h264 1920x816 23.976fps)
     Video --vid=2 [P] (mjpeg)
 (+) Audio --aid=1 --alang=eng (*) (aac 2ch 44100Hz)
File tags:
 Artist: Disney/Pixar
 Date: 2019
 Genre: Trailer
 Title: Toy Story 4 - Theatrical Trailer
[vo/gpu/vaapi-egl] vaAcquireSurfaceHandle() failed (invalid VASurfaceID)
Using hardware decoding (vaapi).
VO: [gpu] 1920x816 vaapi[nv12]
.....

2.2 - vlc

Par défaut, l'accélération matérielle est utilisée si elle est disponible, ce que l'on peut vérifier en lançant vlc depuis une console :

$ vlc toy_story_4-trailer.zip 
VLC media player 3.0.6 Vetinari (revision 3.0.6-0-g5803e85f73)
[0000559e11ca7570] main libvlc: Lancement de vlc avec l'interface par défaut. Utilisez « cvlc » pour démarrer VLC sans interface.
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: User requested driver 'iHD'
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/iHD_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_1_4
libva info: va_openDriver() returns 0
[00007fbbb5a32460] avcodec decoder: Using Intel iHD driver - 1.0.0 for hardware decoding
...

Pour modifier l'activation matérielle :

Dans le menu Outils >> Préférences >> Entrées / Codecs >> Décodage matériel, sélectionner l'une des options du menu déroulant (Automatique, Décodeur vidéo VA-API, ..., Désactiver)

2.3 - Comparaison avec et sans accélération matérielle

Ci-après le temps d'exécution processeur (ligne user) d'une video, dans différentes configurations

lecteur mpv sans accélération : temps d'exécution 49,945s

$ time mpv toy_story_4-trailer.zip 
Playing: toy_story_4-trailer.zip
....
AO: [pulse] 44100Hz stereo 2ch float
VO: [gpu] 1920x816 yuv420p
AV: 00:01:26 / 00:01:26 (99%) A-V:  0.000 Cache:  0s
....
real        1m28,149s
user       0m49,945s
sys        0m1,550s

lecteur mpv avec accélération i965 : temps d'execution 8,095s

$ export LIBVA_DRIVER_NAME=i965

$ time mpv --hwdec=auto toy_story_4-trailer.zip 
Playing: toy_story_4-trailer.zip
.....
Using hardware decoding (vaapi).
VO: [gpu] 1920x816 vaapi[nv12]
AO: [pulse] 44100Hz stereo 2ch float
AV: 00:01:26 / 00:01:26 (99%) A-V:  0.000 Cache:  0s
...
real    1m28,061s
user       0m8,095s
sys 0m3,359s

lecteur mpv avec accélération iHD : temps d'exécution 8,099 s

$ export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD

$ time mpv --hwdec=auto toy_story_4-trailer.zip 
Playing: toy_story_4-trailer.zip
......
Using hardware decoding (vaapi).
VO: [gpu] 1920x816 vaapi[nv12]
AO: [pulse] 44100Hz stereo 2ch float
AV: 00:01:26 / 00:01:26 (99%) A-V:  0.000 Cache:  0s
.....
real  1m27,976s
user       0m8,099s
sys 0m3,086s

lecteur vlc sans accélération graphique : temps d'exécution 2min 2,248s

$ export LIBVA_DRIVER_NAME=

$ time vlc toy_story_4-trailer.zip 
VLC media player 3.0.6 Vetinari (revision 3.0.6-0-g5803e85f73)
[000055b7584b2570] main libvlc: Lancement de vlc avec l'interface par défaut. Utilisez « cvlc » pour démarrer VLC sans interface.
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: User requested driver ''
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/_drv_video.so
libva info: va_openDriver() returns -1
[00007f62bc003800] glconv_vaapi_x11 gl error: vaInitialize: unknown libva error
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: User requested driver ''
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/_drv_video.so
libva info: va_openDriver() returns -1
[00007f62bc003800] glconv_vaapi_drm gl error: vaInitialize: unknown libva error
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: User requested driver ''
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/_drv_video.so
libva info: va_openDriver() returns -1
[00007f62bc003800] glconv_vaapi_drm gl error: vaInitialize: unknown libva error
Failed to open VDPAU backend libvdpau_i965.so: Ne peut ouvrir le fichier d'objet partagé: Aucun fichier ou dossier de ce type
QObject::~QObject: Timers cannot be stopped from another thread

real   1m28,876s
user       2m2,248s
sys 0m2,796s

lecteur vlc avec accélération i965 : temps d'exécution 9,693s

$ time vlc toy_story_4-trailer.zip 
VLC media player 3.0.6 Vetinari (revision 3.0.6-0-g5803e85f73)
[00005600c8305570] main libvlc: Lancement de vlc avec l'interface par défaut. Utilisez « cvlc » pour démarrer VLC sans interface.
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: User requested driver 'i965'
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/i965_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_1_4
libva info: va_openDriver() returns 0
[00007ff455a321f0] avcodec decoder: Using Intel i965 driver for Intel(R) Coffee Lake - 2.3.0 for hardware decoding
...
real   1m29,039s
user       0m9,693s
sys 0m2,336s

lecteur vlc avec accélération iHD : temps d'exécution 9,814s

$ time vlc toy_story_4-trailer.zip 
VLC media player 3.0.6 Vetinari (revision 3.0.6-0-g5803e85f73)
[000056221a4f8570] main libvlc: Lancement de vlc avec l'interface par défaut. Utilisez « cvlc » pour démarrer VLC sans interface.
libva info: VA-API version 1.4.0
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: User requested driver 'iHD'
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/iHD_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_1_4
libva info: va_openDriver() returns 0
[00007f3d81a32180] avcodec decoder: Using Intel iHD driver - 1.0.0 for hardware decoding
....
real      1m29,540s
user       0m9,814s
sys 0m1,981s

Synthèse :

L'accélération matérielle réduit de façon significative la charge processeur de 49s à 9s avec le lecteur mpv, de plus de 2 min à 9s avec le lecteur VLC. L'accélération matérielle iHD est équivalente à l'accélération i965 sur cet exemple.
En l'absence d'accélération matérielle, le lecteur VLC charge de façon importante le processeur. La charge est supérieure au temps d'exécution réél (utilisation du multithread sur un processeur multicoeurs)

3 - Utilisation - Navigateurs internets

3.1 - Chromium

Par défaut, l'accélération matérielle est utilisée. Pour modifier ce comportement, décocher la ligne Utiliser l'accélération manuelle du menu

chrome://settings/system

3.2 - Firefox

Vérifier que l'accélération matérielle est autorisée : Dans le menu about:preferences#advanced, décocher la case Utiliser les paramètres de performance recommandés et vérifier que la case "Utiliser l'accélération graphique matérielle si disponible" est cochée
Vérifier que l'accélération matérielle est disponible. Pour cela, dans la fenêtre "about:support" - section Accélération graphique" / "Journal des décisions" rechercher les lignes

HW_COMPOSITING               blocked by default: Acceleration blocked by platform

OPENGL_COMPOSITING  unavailable by default: Hardware compositing is disabled

Par défaut, comme ci-dessus, l'accélération matérielle est désactivée

Forcer l'activation de l'accélération matérielle. Pour cela, dans la fenêtre "about:config", taper dans la barre de recherche "layers.acceleration"

layers.acceleration.disabled                 par défaut booléen false
layers.acceleration.draw-fps                par défaut booléen false
layers.acceleration.force-enabled   par défaut booléen false

Passer à true la ligne layers.acceleration.force-enabled. Fermer et redémarrer Firefox

Vérifier la bonne prise en compte dans la fenêtre about:support

HW_COMPOSITING               blocked by default: Acceleration blocked by platform
                        force_enabled by user: Force-enabled by pref

OPENGL_COMPOSITING  force_enabled by user: Force-enabled by pref