如何正确使用硬件加速的 Media Foundation Source Reader 解码视频？

Question

我正在使用 Media Foundation 的 Source Reader 编写硬件加速的 h264 解码器，但遇到了问题。 我遵循本教程并使用 Windows SDK Media Foundation 示例支持自己。

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当硬件加速关闭时，我的应用程序似乎工作正常，但它没有提供我需要的性能。 当我传递一个打开加速IMFDXGIDeviceManager到IMFAttributes用于创建读者，事情变得复杂。

如果我使用D3D_DRIVER_TYPE_NULL驱动程序创建ID3D11Device ，该应用程序运行良好，帧处理速度比在软件模式下更快，但从 CPU 和 GPU 使用情况来看，它仍然在 CPU 上进行大部分处理。

另一方面，当我使用D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE驱动程序创建ID3D11Device并运行该应用程序时，可能会发生这四种情况之一。

1. 在IMFMediaBuffer::Lock函数返回 0x887a0005 之前，我只得到不可预测的帧数（通常为 1-3），这被描述为“GPU 设备实例已暂停。使用GetDeviceRemovedReason确定适当的操作”。 当我调用ID3D11Device::GetDeviceRemovedReason ，我得到 0x887a0020，它被描述为“驱动程序遇到问题并被置于设备删除状态”，这并不像我希望的那样有用。

2. 应用程序在IMFMediaBuffer::Lock调用的外部 dll 中崩溃。 dll 似乎取决于所使用的 GPU。 对于 Intel 集成 GPU，它是 igd10iumd32.dll，对于 Nvidia 移动 GPU，它是 mfplat.dll。 此特定崩溃的消息如下：“在decoder_tester.exe 中的 0x53C6DB8C (mfplat.dll) 处抛出异常：0xC0000005：访问冲突读取位置 0x00000024”。 执行之间的地址不同，有时涉及读取，有时涉及写入。

3. 图形驱动程序停止响应，系统挂起一小段时间，然后应用程序像第 2 点那样崩溃或像第 1 点那样结束。

4. 该应用程序运行良好，并使用硬件加速处理所有帧。

大多数时候是 1 或 2，很少是 3 或 4。

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以下是在我的机器（Intel Core i5-6500 with HD Graphics 530、Windows 10 Pro）上以不同模式进行处理时 CPU/GPU 的使用情况。

• NULL - CPU：~90%，GPU：~15%
• 硬件 - CPU：~15%，GPU：~60%
• 软件 - CPU：~40%，GPU：~7%

我在三台机器上测试了该应用程序。 它们都具有 Intel 集成 GPU（HD 4400、HD 4600、HD 530）。 其中之一还具有可切换的 Nvidia 专用 GPU（GF 840M）。 它对所有这些都完全相同，唯一的区别是当使用 Nvidia 的 GPU 时，它会在不同的 dll 中崩溃。

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我以前没有使用 COM 或 DirectX 的经验，但所有这些都是不一致且不可预测的，因此在我看来就像内存损坏。 不过，我不知道我在哪里犯了错误。 你能帮我找出我做错了什么吗？

我可以想出的最小代码示例如下。 我正在使用 Visual Studio Professional 2015 将其编译为 C++ 项目。 我准备了启用硬件加速和选择硬件驱动程序的定义。 将它们注释掉以改变行为。 此外，代码希望此视频文件存在于项目目录中。

#include <iostream>
#include <string>
#include <atlbase.h>
#include <d3d11.h>
#include <mfapi.h>
#include <mfidl.h>
#include <mfreadwrite.h>
#include <windows.h>

#pragma comment(lib, "d3d11.lib")
#pragma comment(lib, "mf.lib")
#pragma comment(lib, "mfplat.lib")
#pragma comment(lib, "mfreadwrite.lib")
#pragma comment(lib, "mfuuid.lib")

#define ENABLE_HW_ACCELERATION
#define ENABLE_HW_DRIVER

void handle_result(HRESULT hr)
{
    if (SUCCEEDED(hr))
        return;

    WCHAR message[512];

    FormatMessage(FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM | FORMAT_MESSAGE_IGNORE_INSERTS, nullptr, hr,
        MAKELANGID(LANG_NEUTRAL, SUBLANG_DEFAULT), message, ARRAYSIZE(message), nullptr);

    printf("%ls", message);
    abort();
}

int main(int argc, char** argv)
{
    handle_result(CoInitializeEx(nullptr, COINIT_APARTMENTTHREADED | COINIT_DISABLE_OLE1DDE));
    handle_result(MFStartup(MF_VERSION));

    {
        CComPtr<IMFAttributes> attributes;

        handle_result(MFCreateAttributes(&attributes, 3));

#if defined(ENABLE_HW_ACCELERATION)
        CComPtr<ID3D11Device> device;
        D3D_FEATURE_LEVEL levels[] = { D3D_FEATURE_LEVEL_11_1, D3D_FEATURE_LEVEL_11_0 };

#if defined(ENABLE_HW_DRIVER)
        handle_result(D3D11CreateDevice(nullptr, D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, nullptr, D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED | D3D11_CREATE_DEVICE_VIDEO_SUPPORT,
            levels, ARRAYSIZE(levels), D3D11_SDK_VERSION, &device, nullptr, nullptr));
#else
        handle_result(D3D11CreateDevice(nullptr, D3D_DRIVER_TYPE_NULL, nullptr, D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED,
            levels, ARRAYSIZE(levels), D3D11_SDK_VERSION, &device, nullptr, nullptr));
#endif

        UINT token;
        CComPtr<IMFDXGIDeviceManager> manager;

        handle_result(MFCreateDXGIDeviceManager(&token, &manager));
        handle_result(manager->ResetDevice(device, token));

        handle_result(attributes->SetUnknown(MF_SOURCE_READER_D3D_MANAGER, manager));
        handle_result(attributes->SetUINT32(MF_READWRITE_ENABLE_HARDWARE_TRANSFORMS, TRUE));
        handle_result(attributes->SetUINT32(MF_SOURCE_READER_ENABLE_ADVANCED_VIDEO_PROCESSING, TRUE));
#else
        handle_result(attributes->SetUINT32(MF_SOURCE_READER_ENABLE_VIDEO_PROCESSING, TRUE));
#endif

        CComPtr<IMFSourceReader> reader;

        handle_result(MFCreateSourceReaderFromURL(L"Rogue One - A Star Wars Story - Trailer.mp4", attributes, &reader));

        CComPtr<IMFMediaType> output_type;

        handle_result(MFCreateMediaType(&output_type));
        handle_result(output_type->SetGUID(MF_MT_MAJOR_TYPE, MFMediaType_Video));
        handle_result(output_type->SetGUID(MF_MT_SUBTYPE, MFVideoFormat_RGB32));
        handle_result(reader->SetCurrentMediaType(MF_SOURCE_READER_FIRST_VIDEO_STREAM, nullptr, output_type));

        unsigned int frame_count{};

        std::cout << "Started processing frames" << std::endl;

        while (true)
        {
            CComPtr<IMFSample> sample;
            DWORD flags;

            handle_result(reader->ReadSample(MF_SOURCE_READER_FIRST_VIDEO_STREAM,
                0, nullptr, &flags, nullptr, &sample));

            if (flags & MF_SOURCE_READERF_ENDOFSTREAM || sample == nullptr)
                break;

            std::cout << "Frame " << frame_count++ << std::endl;

            CComPtr<IMFMediaBuffer> buffer;
            BYTE* data;

            handle_result(sample->ConvertToContiguousBuffer(&buffer));
            handle_result(buffer->Lock(&data, nullptr, nullptr));

            // Use the frame here.

            buffer->Unlock();
        }

        std::cout << "Finished processing frames" << std::endl;
    }

    MFShutdown();
    CoUninitialize();

    return 0;
}

Answer 1

您的代码在概念上是正确的，唯一的评论 - 而且不是很明显 - Media Foundation 解码器是多线程的。 您正在使用 Direct3D 设备的单线程版本提供它。 您必须解决它，否则您会得到当前得到的结果：访问冲突和冻结，这是未定义的行为。

    // NOTE: No single threading
    handle_result(D3D11CreateDevice(nullptr, D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, nullptr, 
        (0 * D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED) | D3D11_CREATE_DEVICE_VIDEO_SUPPORT,
        levels, ARRAYSIZE(levels), D3D11_SDK_VERSION, &device, nullptr, nullptr));

    // NOTE: Getting ready for multi-threaded operation
    const CComQIPtr<ID3D11Multithread> pMultithread = device;
    pMultithread->SetMultithreadProtected(TRUE);

另请注意，这个简单的代码示例在您为获取连续缓冲区而添加的行周围存在性能瓶颈。 显然，这是您访问数据的举动……但是设计行为是解码数据已经在视频内存中，并且您传输到系统内存是一项昂贵的操作。 也就是说，您向循环添加了严重的性能损失。 您将对以这种方式检查数据的有效性感兴趣，而当涉及到性能基准测试时，您应该将其注释掉。

Answer 2

H264 视频解码器的输出类型可以在这里找到： https : //msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/dd797815(v= vs.85).aspx。 RGB32 不是其中之一。 在这种情况下，您的应用程序依赖视频处理器 MFT 将 MFVideoFormat_I420、MFVideoFormat_IYUV、MFVideoFormat_NV12、MFVideoFormat_YUY2、MFVideoFormat_YV12 中的任何一个转换为 RGB32。 我想是视频处理器 MFT 行为异常并导致您的程序行为不端。 这就是为什么通过将 NV12 设置为解码器的输出子类型，您将摆脱视频处理器 MFT 并且以下代码行也变得无用：

handle_result(attributes->SetUINT32(MF_SOURCE_READER_ENABLE_ADVANCED_VIDEO_PROCESSING, TRUE));

和

handle_result(attributes->SetUINT32(MF_SOURCE_READER_ENABLE_VIDEO_PROCESSING, TRUE));

此外，正如您所注意到的，NV12 是唯一可以正常工作的格式。 我认为这样做的原因是它是 D3D 和 DXGI 设备管理器在加速场景中唯一使用的。