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

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。我关注 this tutorial 并使用 Windows SDK Media Foundation 示例支持自己。

关闭硬件加速后，我的应用似乎可以正常运行，但它无法提供我需要的性能。当我通过将 IMFDXGIDeviceManager 传递给用于创建 reader 的 IMFAttributes 来打开加速时，事情变得复杂了。

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并且帧处理速度比在软件模式下更快，但根据 CPU 和 GPU 判断用法它仍然在 CPU.

上进行大部分处理

另一方面，当我使用 D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE 驱动程序和运行应用程序创建 ID3D11Device 时，可能会发生以下四种情况之一。

在 IMFMediaBuffer::Lock 函数 returns 0x887a0005 之前，我只能得到不可预测的帧数（通常为 1-3），它被描述为 "The GPU device instance has been suspended. Use GetDeviceRemovedReason to determine the appropriate action"。当我调用 ID3D11Device::GetDeviceRemovedReason 时，我得到 0x887a0020，它被描述为 "The driver encountered a problem and was put into the device removed state"，它没有我希望的那样有用。
应用程序在 IMFMediaBuffer::Lock 调用时在外部 dll 中崩溃。似乎 dll 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："Exception thrown at 0x53C6DB8C (mfplat.dll) in decoder_ tester.exe: 0xC0000005: Access violation reading location 0x00000024"。执行之间的地址不同，有时涉及读取，有时涉及写入。
图形驱动程序停止响应，系统短时间挂起，然后应用程序崩溃（如第 2 点）或完成（如第 1 点）。
该应用程序运行良好，并使用硬件加速处理所有帧。

大部分时间是 1 或 2，很少是 3 或 4。

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

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。它们都配备了英特尔集成 GPU（HD 4400、HD 4600、HD 530）。其中之一还具有可切换的 Nvidia 专用 GPU (GF 840M)。它对所有这些都有相同的表现，唯一的区别是当使用 Nvidia 的 GPU 时它会在不同的 dll 中崩溃。

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，因此对我来说它看起来像是内存损坏。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？

我能想到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 select 硬件驱动程序的定义。将它们注释掉以改变行为。此外，代码期望 this video file 出现在项目目录中。

#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

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，您的应用依靠视频处理器 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，导致您的程序运行异常。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。我想这是因为它是D3D和DXGI设备管理器在加速场景中唯一使用的。

Answer 2

你的代码在概念上是正确的，唯一的评论 - 而且不是很明显 - 媒体基础解码器是多线程的。您正在为它提供单线程版本的 Direct3D 设备。您必须解决这个问题，否则您会得到当前的结果：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代码行周围存在性能瓶颈。显然，访问数据是您的举动……但是设计的行为是解码数据已经在视频内存中，而您向系统内存的传输是一项昂贵的操作。也就是说，您对循环造成了严重的性能影响。您将有兴趣以这种方式检查数据的有效性，当涉及到性能基准测试时，您应该将其注释掉。

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

How to properly use a hardware accelerated Media Foundation Source Reader to decode a video?

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