さくらのアドベントカレンダー2022 20日目の記事です。
どうも、さくらインターネット やまけんです。
2日目で さくらのクラウドでUniFi Network Applicationを動かす
こちらの紹介をしましたが、今度はGPUでのハードウェアエンコードのお話です。
GPUでのハードウェアエンコードの話は、2018年にnvidiaのNVENCを使うお話を。
2021年にはハードウェアエンコードでの品質比較の話をさせていただきました。
今回は、今年発売されたIntelのGPU Intel Arcを使ったハードウェアエンコード環境作成のお話をさせていただきます。
はじめに
intelは今年に入り20数年ぶりに単体GPUカード市場に再参入しました。
とはいえ、再参入と言っても、過去に出したGPUカードはIntel740という製品で、このカードは当時スペック詐欺と言われ全く売れず、その後のi810チップセットの内蔵グラフィックや、CPU内蔵グラフィックという形で単体GPUではなく、お世辞にも性能が高いわけでもなく、表示ができる程度のものがずっと続いていました。
ちなみに黒歴史化してるらしく、アスキーの記事にされています。
一応当時を知る身から一言だけ言わせてもらうと、intelはDirect Memory Executionという、当時としては画期的かつ今のグラボにも応用されている先進機能を搭載したあたりは評価されるべきだし、本当はRDRAMが廉価で提供できれば、この機能を最大限活用できただろうが、そうはならなかったと言うところ。
そんなintelは細々とCPUにiGPUというのを長く続けており、ハードウェアデコーダやエンコーダを搭載し、ゲームをするには心細いが、最低限の機能は兼ね備えています。
昨年の記事でも変換速度はNVEncには敵わないものの、品質についてはNVEncよりも高いものとなっており、バランスのとれたものでありました。
ここに来て、新たに発売されたIntel Arcシリーズは新たにAV1のハードウェアエンコーダをGPUとして初搭載したり（現在はNVIDIA Ada Lovelace世代でも搭載しました)と少し先進的な取り組みをしています。
そんな新しいGPUのハードウェアエンコーダ性能を検証しようと言う内容です。
必須環境
Intel Arcが載っている Ubuntu 24.04 x86_64 マシン
SPARKLE Intel Arc A310 ECOがおすすめです。
1Uサイズ、low profile PCIe、50W補助電源不要でサーバマシンにも組み込めます。
実売15k円ぐらい
準備
ドライバ用リポジトリーの追加
下記を参考にリポジトリの追加を行います。
wget -qO - https://repositories.intel.com/gpu/intel-graphics.key | \
sudo gpg --yes --dearmor --output /usr/share/keyrings/intel-graphics.gpg
echo "deb [arch=amd64,i386 signed-by=/usr/share/keyrings/intel-graphics.gpg] https://repositories.intel.com/gpu/ubuntu noble unified" | \
sudo tee /etc/apt/sources.list.d/intel-gpu-noble.list
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y intel-media-va-driver-non-free
GPUの認識確認
# GPU認識の確認
sudo lspci -v |grep -A8 VGA
下記の結果のようになります。
ubuntu@intel-arc:~$ lspci -v |grep -A8 VGA
03:00.0 VGA compatible controller: Intel Corporation DG2 [Arc A310] (rev 05) (prog-if 00 [VGA controller])
Subsystem: Device 172f:4019
Flags: bus master, fast devsel, latency 0, IRQ 130, IOMMU group 1
Memory at de000000 (64-bit, non-prefetchable) [size=16M]
Memory at c0000000 (64-bit, prefetchable) [size=256M]
Expansion ROM at df000000 [disabled] [size=2M]
Capabilities: [40] Vendor Specific Information: Len=0c <?>
Capabilities: [70] Express Endpoint, MSI 00
Capabilities: [ac] MSI: Enable+ Count=1/1 Maskable+ 64bit+
ubuntu@intel-arc:~$
きちんと認識しているのが確認できました。
しかし、このままでは、エンコードに使う /dev/dri/renderD128 のパーミッションの問題で、一般ユーザーでffmpegを使う場合、HWエンコードができなくなります。
ubuntu@intel-arc:~$ ls -l /dev/dri/render*
crw-rw---- 1 root render 226, 128 Feb 23 19:06 /dev/dri/renderD128
ubuntu@intel-arc:~$
そこで、一般ユーザーでもアクセス可能にするための設定ファイルを作成します。
sudo vi /etc/udev/rules.d/99-render.rules
KERNEL=="render*" GROUP="render", MODE="0666"
設定反映のためにOS再起動後、デバイスのパーミッションを確認します。
ubuntu@intel-arc:~$ ls -l /dev/dri/render*
crw-rw-rw- 1 root render 226, 128 Feb 24 12:36 /dev/dri/renderD128
ubuntu@intel-arc:~$
ドライバインストールの確認
hwinfoをインストールし、ドライバインストールができているか確認します。
sudo apt-get -y install hwinfo
sudo hwinfo --display
下記のように Driver Status: xe is active なっていればOKです
ubuntu@intel-arc:~$ sudo hwinfo --display
07: PCI 300.0: 0300 VGA compatible controller (VGA)
[Created at pci.386]
Unique ID: svHJ.LFWyWCHJn5D
Parent ID: GA8e.mr2N3fBJq5F
SysFS ID: /devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/0000:02:01.0/0000:03:00.0
SysFS BusID: 0000:03:00.0
Hardware Class: graphics card
Model: "Intel VGA compatible controller"
Vendor: pci 0x8086 "Intel Corporation"
Device: pci 0x56a6
SubVendor: pci 0x172f
SubDevice: pci 0x4019
Revision: 0x05
Driver: "i915"
Driver Modules: "i915"
Memory Range: 0xde000000-0xdeffffff (rw,non-prefetchable)
Memory Range: 0xc0000000-0xcfffffff (ro,non-prefetchable)
Memory Range: 0xdf000000-0xdf1fffff (ro,non-prefetchable,disabled)
IRQ: 130 (373 events)
Module Alias: "pci:v00008086d000056A6sv0000172Fsd00004019bc03sc00i00"
Driver Info #0:
Driver Status: i915 is active
Driver Activation Cmd: "modprobe i915"
Driver Info #1:
Driver Status: xe is active
Driver Activation Cmd: "modprobe xe"
Config Status: cfg=new, avail=yes, need=no, active=unknown
Attached to: #20 (PCI bridge)
Primary display adapter: #7
ubuntu@intel-arc:~$
メディアドライバの確認
sudo apt-get -y install vainfo
vainfo
下記のように vainfo: Driver version: Intel iHD driver for Intel(R) Gen Graphics - 24.4.4 () と表示されており
vainfo: VA-API version: 1.22 (libva 2.22.0) とlibvaのバージョンが2.19.0 以上であれば大丈夫です。
ubuntu@intel-arc:~$ sudo vainfo
Trying display: wayland
Trying display: x11
error: can't connect to X server!
Trying display: drm
libva info: VA-API version 1.22.0
libva info: Trying to open /usr/lib/x86_64-linux-gnu/dri/iHD_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_1_22
libva info: va_openDriver() returns 0
vainfo: VA-API version: 1.22 (libva 2.22.0)
vainfo: Driver version: Intel iHD driver for Intel(R) Gen Graphics - 24.4.4 ()
vainfo: Supported profile and entrypoints
VAProfileNone : VAEntrypointVideoProc
VAProfileNone : VAEntrypointStats
VAProfileMPEG2Simple : VAEntrypointVLD
VAProfileMPEG2Main : VAEntrypointVLD
VAProfileH264Main : VAEntrypointVLD
VAProfileH264Main : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileH264High : VAEntrypointVLD
VAProfileH264High : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileJPEGBaseline : VAEntrypointVLD
VAProfileJPEGBaseline : VAEntrypointEncPicture
VAProfileH264ConstrainedBaseline: VAEntrypointVLD
VAProfileH264ConstrainedBaseline: VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCMain : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCMain : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCMain10 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCMain10 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileVP9Profile0 : VAEntrypointVLD
VAProfileVP9Profile0 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileVP9Profile1 : VAEntrypointVLD
VAProfileVP9Profile1 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileVP9Profile2 : VAEntrypointVLD
VAProfileVP9Profile2 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileVP9Profile3 : VAEntrypointVLD
VAProfileVP9Profile3 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCMain12 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCMain422_10 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCMain422_10 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCMain422_12 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCMain444 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCMain444 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCMain444_10 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCMain444_10 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCMain444_12 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCSccMain : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCSccMain : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCSccMain10 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCSccMain10 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCSccMain444 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCSccMain444 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileAV1Profile0 : VAEntrypointVLD
VAProfileAV1Profile0 : VAEntrypointEncSliceLP
VAProfileHEVCSccMain444_10 : VAEntrypointVLD
VAProfileHEVCSccMain444_10 : VAEntrypointEncSliceLP
ubuntu@intel-arc:~$
oneAPI Toolkitsのインストール
IntelGPUではIntel Media SDKを使っていましたが、新しいGPUからoneAPIを使うようになりました。
oneAPIの中のintelVPLというのが該当のものですが、MediaSDKを置き換える存在になっています。
今回は下記のAPTにてインストールします。
wget -O- https://apt.repos.intel.com/intel-gpg-keys/GPG-PUB-KEY-INTEL-SW-PRODUCTS.PUB \
| gpg --dearmor | sudo tee /usr/share/keyrings/oneapi-archive-keyring.gpg > /dev/null
echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/oneapi-archive-keyring.gpg] https://apt.repos.intel.com/oneapi all main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/oneAPI.list
sudo apt-get update && sudo apt-get -y install intel-basekit libvpl-dev
intelVPL GPUのインストール
oneVPL自体はパッケージでのインストールが完了していますが、GPU Runtimeは別途インストールが必要です。
インストール
sudo apt-get -y install git build-essential pkg-config cmake automake autoconf libva-dev libdrm-dev
git clone https://github.com/intel/vpl-gpu-rt vpl-gpu-rt
cd vpl-gpu-rt
mkdir build && cd build
cmake ..
make
sudo make install
上記にてoneVPL GPUランタイムがインストールされます。
FFmpegのインストール
Compile FFmpeg for Ubuntu, Debian, or Mint
こちらをベースにパッケージベースで入れていきます。
intel GPUでのHWエンコードについては
に記載があるとおり
Build FFmpeg with oneVPL
./configure --enable-libvpl && make -j8 && make install
とのことなので、--enable-libvpl をつければ良いということです。
個人的にhapエンコードを使いたいので libsnappy-dev をインストールの上
--enable-libsnappy を追記しています。
またTLS対応のために libssl-dev をインストールの上
--enable-openssl を追記しています。
#FFmpegコンパイルに必要なものを導入
sudo apt-get update -qq && sudo apt-get -y install \
autoconf \
automake \
build-essential \
cmake \
git-core \
libass-dev \
libfreetype6-dev \
libgnutls28-dev \
libmp3lame-dev \
libssl-dev \
libtool \
libva-dev \
libvorbis-dev \
libsnappy-dev \
meson \
ninja-build \
pkg-config \
texinfo \
wget \
yasm \
zlib1g-dev
#作業ディレクトリ作成
mkdir -p ~/ffmpeg_sources ~/bin
#NASM インストール
sudo apt-get -y install nasm
# libx264 インストール
sudo apt-get -y install libx264-dev
# libx265 インストール
sudo apt-get -y install libx265-dev libnuma-dev
# libvpx インストール
sudo apt-get -y install libvpx-dev
# libfdk-aac インストール
sudo apt-get -y install libfdk-aac-dev
# libopus インストール
sudo apt-get -y install libopus-dev
# libaom インストール
sudo apt-get -y install libaom-dev
# libvmaf インストール
cd ~/ffmpeg_sources && \
wget https://github.com/Netflix/vmaf/archive/v3.0.0.tar.gz && \
tar xvf v3.0.0.tar.gz && \
mkdir -p vmaf-3.0.0/libvmaf/build &&\
cd vmaf-3.0.0/libvmaf/build && \
meson setup -Denable_tests=false -Denable_docs=false --buildtype=release --default-library=static .. --prefix "$HOME/ffmpeg_build" --bindir="$HOME/bin" --libdir="$HOME/ffmpeg_build/lib" && \
ninja && \
ninja install
# FFmpeg インストール
cd ~/ffmpeg_sources && \
git -C ffmpeg pull 2> /dev/null || git clone --depth 1 https://git.ffmpeg.org/ffmpeg.git && \
cd ffmpeg && \
PATH="$HOME/bin:$PATH" PKG_CONFIG_PATH="$HOME/ffmpeg_build/lib/pkgconfig" ./configure \
--prefix="$HOME/ffmpeg_build" \
--pkg-config-flags="--static" \
--extra-cflags="-I$HOME/ffmpeg_build/include" \
--extra-ldflags="-L$HOME/ffmpeg_build/lib" \
--extra-libs="-lpthread -lm" \
--ld="g++" \
--bindir="$HOME/bin" \
--enable-libvpl \
--enable-openssl \
--enable-gpl \
--enable-libaom \
--enable-libass \
--enable-libfdk-aac \
--enable-libfreetype \
--enable-libmp3lame \
--enable-libopus \
--enable-libvorbis \
--enable-libsnappy \
--enable-libvpx \
--enable-libx264 \
--enable-libx265 \
--enable-libvmaf \
--enable-static \
--enable-nonfree && \
PATH="$HOME/bin:$PATH" make && \
make install && \
hash -r
パスを通したり
source ~/.profile
echo "MANPATH_MAP $HOME/bin $HOME/ffmpeg_build/share/man" >> ~/.manpath
動作確認
実際にインストールが成功したか、下記のコマンドでQSVエンコード関連オプションが使えるか確認します。
for i in buildconf hwaccels decoders filters encoders; do echo $i:; ffmpeg -hide_banner -${i} | egrep -i "qsv|vaapi|libvpl"; done
結果はこのようになると思います。
ubuntu@intel-arc:~$ for i in buildconf hwaccels decoders filters encoders; do echo $i:; ffmpeg -hide_banner -${i} | egrep -i "qsv|vaapi|libvpl"; done
buildconf:
--enable-libvpl
hwaccels:
vaapi
qsv
decoders:
V....D av1_qsv AV1 video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec av1)
V....D h264_qsv H264 video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec h264)
V....D hevc_qsv HEVC video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec hevc)
V....D mjpeg_qsv MJPEG video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec mjpeg)
V....D mpeg2_qsv MPEG2VIDEO video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec mpeg2video)
V....D vc1_qsv VC1 video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec vc1)
V....D vp8_qsv VP8 video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec vp8)
V....D vp9_qsv VP9 video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec vp9)
filters:
... deinterlace_qsv V->V Quick Sync Video "deinterlacing"
... deinterlace_vaapi V->V Deinterlacing of VAAPI surfaces
... denoise_vaapi V->V VAAPI VPP for de-noise
... overlay_qsv VV->V Quick Sync Video overlay.
... overlay_vaapi VV->V Overlay one video on top of another
... procamp_vaapi V->V ProcAmp (color balance) adjustments for hue, saturation, brightness, contrast
... scale_qsv V->V Quick Sync Video "scaling and format conversion"
... scale_vaapi V->V Scale to/from VAAPI surfaces.
... sharpness_vaapi V->V VAAPI VPP for sharpness
... tonemap_vaapi V->V VAAPI VPP for tone-mapping
... transpose_vaapi V->V VAAPI VPP for transpose
... vpp_qsv V->V Quick Sync Video "VPP"
... hstack_vaapi N->V "VA-API" hstack
... vstack_vaapi N->V "VA-API" vstack
... xstack_vaapi N->V "VA-API" xstack
... hstack_qsv N->V "Quick Sync Video" hstack
... vstack_qsv N->V "Quick Sync Video" vstack
... xstack_qsv N->V "Quick Sync Video" xstack
... pad_vaapi V->V Pad the input video.
... drawbox_vaapi V->V Draw a colored box on the input video.
encoders:
V..... av1_qsv AV1 (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec av1)
V....D av1_vaapi AV1 (VAAPI) (codec av1)
V..... h264_qsv H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10 (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec h264)
V....D h264_vaapi H.264/AVC (VAAPI) (codec h264)
V..... hevc_qsv HEVC (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec hevc)
V....D hevc_vaapi H.265/HEVC (VAAPI) (codec hevc)
V..... mjpeg_qsv MJPEG (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec mjpeg)
V....D mjpeg_vaapi MJPEG (VAAPI) (codec mjpeg)
V..... mpeg2_qsv MPEG-2 video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec mpeg2video)
V....D mpeg2_vaapi MPEG-2 (VAAPI) (codec mpeg2video)
V....D vp8_vaapi VP8 (VAAPI) (codec vp8)
V....D vp9_vaapi VP9 (VAAPI) (codec vp9)
V..... vp9_qsv VP9 video (Intel Quick Sync Video acceleration) (codec vp9)
ubuntu@intel-arc:~$
きちんとビルド時のオプションが有効なこと、デコーダ、フィルター、エンコーダにqsv関連が入っているのがわかります。
表示が出ない場合、今回コンパイルしたffmpegではないパッケージでインストールしたffmpegなどの結果になっている可能性があります。 which ffmpeg にてffmpegのパスを確認し、今回コンパイルしたffmpegで間違い無いかを確認してください。
実際に使ってみる
では実際に使ってみましょう。
MPEG2からH.265へ720pでエンコード
ffmpeg -hwaccel qsv -hwaccel_output_format qsv -c:v mpeg2_qsv -i input.mp2ts -vf deinterlace_qsv,scale_qsv=-1:720 -c:v hevc_qsv preset slow -look_ahead_depth 30 -c:a aac -b:a 192k -ar 48000 -tag:v hvc1 -f mp4 out.mp4
解説です。
-hwaccel qsv
HWエンコードでqsvを明示
-hwaccel_output_format qsv
GPUメモリ上にデコードしたデータを展開することによってメインメモリとの間のやりとりを減らして処理を高速化させます。
-c:v mpeg2_qsv
MPEG2のハードウェアデコードを明示
-i input.mp2ts
変換元ファイルを指定します。
-vf deinterlace_qsv,scale_qsv=-1:720
まず deinterlace_qsv でHWにてインターレス解除。その後720Pになるよう縮小。
通常はscale=と使うかと思いますが、scale_qsvでHWスケーリングを使うので高速になります。
-c:v hevc_qsv
H.265でNVEncを使います
-tag:v hvc1
Apple製品で扱えるH.265は hev1ではなくhvc1の方なので、タグで明示します
-f mp4
出力ファイルフォーマットがをmp4であると明示します
-aspect 16:9
16:9を指定
out.mp4
出力先ファイル名を指定