修改 Chromium 源码，实现 HEVC/H.265 4K 视频播放 |
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修改 Chromium 源码，实现 HEVC/H.265 4K 视频播放
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作为 H.264 的后继产品，HEVC/H.265 是一种高级视频压缩标准，能够节省 50%的比特率，带来惊人的视觉质量。例如，在 Converter 的 DivX HEVC 配置文件中编码的视频，不仅保持了 DivX Plus 配置文件的高质量，文件还更小。即使在拥挤的网络环境中，HEVC 对于传输高质量视频也至关重要，并且是将 4K 内容传输到 4K/Ultra HD 显示器的驱动因素。本文作者分享了其公司推广 HECV/H.265 的经验，并介绍了该技术的相关背景。
公司内容生产端最近（2019/10）在推广 HEVC/H.265 的使用，这种视频编码格式对比 H.264 更加先进且节省带宽，虽然先进但是因为专利费的问题，在普及度，软硬件方面的支持都远不及预期。视频技术水深，还是先把了解的背景给大家整理罗列一下。 HEVC 软硬件的支持 浏览器 Can I use 测试基本全军覆没，除了 iOS 11 以上的移动端 safari 和 chrome。 系统原生支持 Native 支持的情况已经相当不错，这里的支持是操作系统提供了 HEVC 编解码的 api，底层实现会根据硬件条件优先硬解否则软解，当然移动端机型也会因为系统定制、专利、性能考量等原因屏蔽支持（猜测）还要用黑名单控制一下。
Android：Android 5.0+ os_version >= 5.0 && app_version >= 570 && device_model not in blacklist
iOS：iOS 11+ os_vesion >= 11 && minMajorModelVersion >= 8 && device_model not in blacklist
macOS：macOS High Sierra+ Windows：DirectX Video Acceleration (DXVA)，这个不是很确定，需要进一步深入调研，或许会在下一篇文章介绍。 硬件支持 Intel ：支持较好，在第六代 Skylake 架构 cpu 及以上实现 HEVC 8-bit 编解码。 Nvidia GPU：Nvidia 900 Series GPUs (GeForce GTX 960 或者 950) 以上都支持。 AMD GPU ：具体的支持度配合查看 Unified Video Decoder；比较完整的支持需要到 UVD 6.0 以上。 苹果 A ：A9 及型号或者以上，A11 及以上支持 10-bit HEVC 编解码。 华为麒麟：使用 Mali 的 GPU，2014 年以后都支持硬解，10-bit 超高清视频 + (HDR) + wide color gamut coverage。 高通骁龙 Qualcomm Snapdragon ：805, 810, 820, 835 支持 4K HEVC decoding. 615,410, 208 或以上芯片支持硬解。 联发科 MediaTek：同样使用 Mali GPU。 编解码技术 我们说的 HEVC 是一种编码技术的标准，真正应用和落地的时候还有大量的优化工作，从全球最权威的 MSU 视频编码大赛 2018 的报告中可以看出，中国的军团独占风骚，华为、腾讯和金山的表现都相当抢眼，可以说是站在了世界一流的梯队中，当然宋利提出国外有高手并未参赛。不管如何，2019 年已经接近尾声，相信会有新的一轮比拼和报告出现。
这里面开源的有：
X265，编码器，主要由 MulticoreWare 公司管理开发，并拥有著作权和商标权，开源协议是 GNU GPL v2 license。 openHevc，解码器，开发语言 C 基于 ffmpeg/libav 框架。 libde265，解码器，发布在 GitHub 上，采用 LGPL 许可证授权。
这些编码的 SDK 我们能用吗？据我了解，这里面都是商家的核心技术，性能都是大幅领先开源编解码器，这里列出来做一个对标和选型参考。我了解到，字节跳动的视频架构组也有自研的编解码器，据说性能也是相当不错~ 竞争格局 
说起这个，不得不提起 HEVC 那恶心的专利费，许多内容提供商不愿意部署跟进 HEVC 的最主要原因是，当前有三个不同专利联盟开黑在嗷嗷收钱，每个联盟背后代表的公司也不一样。包括 MPEG LA、HEVC Advance、Velos Media，对错综复杂的关系感兴趣的话，可以看看这篇文章。
简单说，又贵又麻烦风险不可控（互联网企业最怕的就是养肥再杀的这一招），所以必然导致发展缓慢，替代品出现。
重点来了，苹果是 HEVC 专利拥有者，所以一直高调支持 HEVC；Google 不在开黑联盟里面，没什么专利，底下 YouTube 就是头大肥羊，是坚决不用 HEVC 的，目前 Google 用自研的 VP9；2015 年成立了一个新联盟叫 AOM（Alliance for Open Media） 开放媒体联盟，主要研发 AV1 的编码格式用于替代 HEVC 和 VP9，并且完全免费！机智的苹果一边收 HEVC 的费用，一边过来站队，还混了个 AOM 管理成员的职位，大佬毕竟还是大佬。 浏览器支持 HEVC 解码现有方案 在 Web 前端技术标准之上的方案，最近几年，各个前端团队也都经过深入探索和总结。其中，淘宝前端团队的方案比较有代表性，大体的思路是：
JS 实现解封装。 ffmpeg 模块转换成 WebAssemblly，用来实现高效音视频解码。 引入 WebWorker 改善解码模块性能。 分离的视频解码后用 canvas 绘制，音频用 audio 播放。 优缺点：性能相对好，但是和 C 实现的还有较大差距，如果替换成更好的解码器会更快（比如，金山点播的 web 实现，收费），工作量大，无法硬件加速，要支持 4K 还是比较难。
具体大家可以看淘宝的这篇文章，各家的技术会调整某些流程或局部优化，这里缺少深入调研就不多做介绍了。而我目前要解决的场景，主要问题就是性能和稳定性，所以我尝试寻找一个在 c++ 层面的实现。
当时第一个考虑的其实是 Electron，Electron 集成了 Node.js，因此可以使用 c++ addon 的能力，经过一番调查，发现仍然不是最佳方案。虽然 c++ 代码能提供最佳的解码性能，但是 addon 里无法直接调用渲染接口（涉及到 addon 的机制，即使能实现也非常 Hack），需要把数据回调到 JS 堆让后通过调用 canvas 实现渲染。这种方案相比上面理论上有提升，仍然意犹未尽。想了解更多 chromium 关于 video 的实现参考 chromium 的官方文章 Audio / Video Playback，这里面借用它的图片直接敲重点：
架构设计上支持 任何音视频编码。 文章解释了设计的一些初衷和思考，包括为了避免版权放弃了一些相对成熟的实现方案。
所以我就在想，直接修改 chromium 源码，参考 video 对 h.264 的实现机制完成 HEVC 的播放需求，相当于连硬件解码的能力也打通了（调研尝试中），于是另一种实现方案呼之欲出。 修改 Chromium 实现真 4K HEVC 播放 修改 Chromium 源码的方案，原来 chromium 里面已经实现了 HEVC 解码逻辑，只是加了开关禁止了相关代码，一切比想象的简单。最大的门槛其实是网络（无奈），不包含历史数据的源码（–no-history），零零总总就有接近 2GB，FQ软件不稳定的入坑需谨慎，尝试过中间断掉需要重新开始的。还好公司网络给力，30MB+/s，我用的是 windows 机器，如何安装看这篇 Checking out and Building Chromium for Windows。
注：macOS 里面我也尝试过，比 windows 简单多了，具体看 Checking out and building Chromium for Mac。
拿到源码过了一遍 video 相关的官方文档，总体了解对后面定位和排查问题有很大帮助：
chromium/src/media: https://chromium.googlesource.com/chromium/src/media/ audio-video: https://www.chromium.org/audio-video media playback: https://www.chromium.org/developers/design-documents/video
如果上网搜索一下实现方案，引用最多的就是 henrypp/chromium，他列出了相对完整的修改代码，可惜版本比较老，一步一步改完后编译出来的版本仍然不能播放 HEVC/H.265 的 MP4 视频。心情反倒轻松了，哪有这么容易的事，开启 debug 编译，准备用 visual studio 调试看看哪一步漏了。
在 src 目录里面，用这个命令生产构建工程。 gn gen --ide=vs2019 --filters=//chrome;//media/* --no-deps out\debug --args="is_component_build = true enable_nacl = false is_debug = true blink_symbol_level = 0"
–ide=vs2019，指明生产 visual studio 2019 的 solution，这样方便我们使用 VS 强大的 debug 工具，但实际上如果在项目里点击构建，内部还是用 gn 的配置。
–filters=//chrome;//media/，//chrome 是入口，必须包含，因为不关心入口里面的具体项目，所以没有用 //chrome/。我们重点调式 media 相关的源码。
打开 out/debug/all.solution 之后，把 chrome 项目设置为启动项目，点击调试。
因为 chromium 的进程模型，每一个 tab 都在单独的子进程里面，并且一般有多个线程，所以需要手动附加到所有的线程。这里一个比较笨的方法是，关掉正常的 Chrome 浏览器，然后把能附加的 chrome.exe 全都加上就可以了。
调试的过程也是一个推理和学习的过程，还是相当有趣的，调试和构建一个 GB 级别以上的项目技能点亮。这里的过程就不一一列举了，直接放出修改源码（这里面有一部分和 henrypp 重合直接整合列出来了）。
注 1：构建过程可以随时中断，下一次编译就接着上一次的进度，而且 VS 里面的构建和官方命令行 autoninja -C out/debug chrome 是等价互通的。
注 2：debug 编译结果需要占用~30GB 的空间，主要用来存放 debug 相关的.pdb 文件和编译结果，第一次编译的时候比较慢，后续再修改就会相对比较快。 源码修改 这里不是文章的重点，但还是放出来给喜欢折腾的人尝试一下。提醒一下，HEVC 是需要专利授权的，Google 也对 chromium 的修改分发有一定的限制，大家修改作何用途自行评估。
笔者编译出来的版本是 79.0.3928.0
修改这个文件，找到下面条件判断并修改代码：
src/third_party/ffmpeg/ffmpeg_generated.gni if ((is_mac) || (is_win) || (use_linux_config)) { ffmpeg_c_sources += [ "libavcodec/autorename_libavcodec_hpeldsp.c", "libavcodec/autorename_libavcodec_videodsp.c", "libavcodec/autorename_libavcodec_vp3dsp.c", "libavcodec/autorename_libavcodec_vp8dsp.c", "libavcodec/h264pred.c", "libavcodec/vp3.c", "libavcodec/vp3_parser.c", "libavcodec/vp56rac.c", "libavcodec/vp8.c", "libavcodec/vp8_parser.c", ] ffmpeg_c_sources += [ "libavcodec/bswapdsp.c", "libavcodec/autorename_libavcodec_hevcdec.c", "libavcodec/hevc_cabac.c", "libavcodec/hevc_data.c", "libavcodec/hevc_filter.c", "libavcodec/hevc_mvs.c", "libavcodec/hevc_parse.c", "libavcodec/hevc_parser.c", "libavcodec/hevc_ps.c", "libavcodec/hevc_refs.c", "libavcodec/hevc_sei.c", "libavcodec/hevcdsp.c", "libavcodec/hevcpred.c", "libavcodec/x86/bswapdsp_init.c", "libavcodec/x86/hevcdsp_init.c", "libavformat/autorename_libavformat_hevc.c", "libavformat/hevcdec.c", ] ffmpeg_asm_sources += [ "libavcodec/x86/bswapdsp.asm", "libavcodec/x86/hevc_deblock.asm", "libavcodec/x86/hevc_idct.asm", "libavcodec/x86/hevc_mc.asm", "libavcodec/x86/hevc_add_res.asm", "libavcodec/x86/hevc_sao.asm", "libavcodec/x86/hevc_sao_10bit.asm", ]}
复制并重命名这个文件里的两个文件 src/third_party/ffmpeg：
libavcodec/hevcdec.c to libavcodec/autorename_libavcodec_hevcdec.c libavformat/hevc.c to libavformat/autorename_libavformat_hevc.c
修改这两个文件，YOUR_BRAND 就是 chromium，YOUR_ARCH 像我用 Windows 就是 x64:
src/third_party/ffmpeg/chromium/config/YOUR_BRAND/win/YOUR_ARCH/config.asm src/third_party/ffmpeg/chromium/config/YOUR_BRAND/win/YOUR_ARCH/config.h
把下面几个的值配成 1: #define CONFIG_HEVC_DECODER 1#define CONFIG_HEVC_DEMUXER 1#define CONFIG_HEVC_PARSER 1
在这个文件添加一项:
src/third_party/ffmpeg/chromium/config/YOUR_BRAND/win/YOUR_ARCH/libavcodec/codec_list.c &ff_hevc_decoder
同样的添加一项:
src/third_party/ffmpeg/chromium/config/YOUR_BRAND/win/YOUR_ARCH/libavcodec/parser_list.c &ff_hevc_parser
同样的添加一项:
src/third_party/ffmpeg/chromium/config/YOUR_BRAND/win/YOUR_ARCH/libavformat/demuxer_list.c &ff_hevc_demuxer
修改文件 /build/config/features.gni # Note: this flag is used by WebRTC which is DEPSed into Chrome. Moving it# out of //build will require using the build_overrides directory.- proprietary_codecs = is_chrome_branded || is_chromecast+ proprietary_codecs = true
修改文件 /media/media_options.gni # Enable HEVC/H265 demuxing. Actual decoding must be provided by the# platform. Enabled by default for Chromecast.- enable_platform_hevc = proprietary_codecs && is_chromecast+ enable_platform_hevc = true
去掉这个文件里的一个判断：
/media/BUILD.gn if (proprietary_codecs && media_use_ffmpeg) {- assert(- ffmpeg_branding != "Chromium",- "proprietary codecs and ffmpeg_branding set to Chromium are incompatible")+ # assert(+ # ffmpeg_branding != "Chromium",+ # "proprietary codecs and ffmpeg_branding set to Chromium are incompatible")}
修改文件：
/media/base/supported_types.cc bool IsDefaultSupportedVideoType(const VideoType& type) {//...switch (type.codec) { // .... case kCodecH264: + case kCodecHEVC: case kCodecVP8: case kCodecTheora: return true; case kUnknownVideoCodec: case kCodecVC1: case kCodecMPEG2: - case kCodecHEVC: case kCodecDolbyVision: return false; // ...}
修改完成，在 src 文件夹里执行如下命令编译 release 版本。 gn gen out/release --args="is_component_build = false enable_nacl = false is_debug = false symbol_level = 0 blink_symbol_level = 0"autoninja -C out/release chrome
大概喝 20 杯咖啡时间，就开始在浏览器里欣赏 4K 高清 HEVC/H.265 的视频了。毕竟是 C++ 实现，性能比 Web 端实现的软解方案不知道高到哪去了。笔者机器 ryzen 3600 + 垃圾 Radeom 5700 显卡表现： 4K 性能表现 不准确测试帧率测试：
内存和 CPU 占用：
后续补充 GPU 加速测试 直接在 chromium 源码修改一个最强大之处是，后续可以调用 GPU 加速，因为笔者电脑显卡不支持，目前在准备硬件，后续测试后更新性能表现。 实现 m3u8|flv & HEVC 这个难度较高，需要更多的技术投入和开发。 最后 修改 chromium 实现的方式并不具有普适性，但是对部分 B 端项目确实能收到奇效，性能表现足够好用。
立足现在，展望未来，目前 HEVC 有专利问题，VP9 孤掌难鸣，AV1 又姗姗来迟，视频编码的新格局将会在下一代编码技术中竞争共存。其实 HEVC 的下一代技术 VVC/H.266 以及 AV1 的 下一代 AV2 也被提上日程。之前 AVC 一家独大的时代已经一去不复返，视频编码技术背后是一个非常大的竞争格局 (视频多大的市场！），尤其具有代表性的是拥有硬件手机 Android + Chrome + Youtube 的 Google VS Apple，后者拥有硬件手机 + iOS + Safari + ？内容生态，加上各个视频云厂商、内容平台、互联网和短视频等大佬，视频编解码技术后续发展甚至关系到互联网格局和权力的更替！让我们拭目以待。
原文链接:
https://segmentfault.com/a/1190000020711813 |
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