开发视频会议系统：使用GPU解码渲染视频

现在，使用视频会议系统远程协同办公、沟通交流，已经非常普遍了。如果我们要开发自己的视频会议系统，那么，GPU解码渲染技术是不可缺少的。

在视频会议系统中，经常需要同时观看会议中多个参会人员的视频图像，另外，还可能需要同时观看某人分享的屏幕。

随着大家对会议中视频图像的要求越来越高，所以在适配会议中，起步分辨率就是1280*720。而1920*1080已经是标配，2K分辨率也不算太高。

但是，对程序而言，高分辨率的视频图像的编码、解码、渲染都是消耗性能的大户。

一.为什么必须使用GPU解码渲染视频？

在视频会议中，同时看多路高清视频图像是基础的硬指标。每一路视频图像都是需要解码和渲染的，如果解码和渲染的工作都交给CPU来做（即所谓的“软解” CPU-based Software Decoding），那么CPU的负载就会立马飙升，严重时会CPU跑满而导致系统卡死。

何况，CPU并不擅长做图像处理的工作。对于H264/H265视频，解码和渲染都是GPU专业技能，所以，在视频会议中，我们要尽可能地使用GPU也就是显卡来解码渲染视频（即所谓的“硬解”，也称“硬件加速” GPU-accelerated Hardware Decoding）。

二. 显卡与GPU解码、渲染

显卡，一般肯定都是支持GPU渲染的，然而，并不是所有的显卡都支持GPU解码视频。对于指定的显卡，我们查看其性能参数，就可以知道其是否支持H264/H265视频解码，且能支持解码的视频最高分辨率是多少。

目前市面上主流的显卡主要有三种：Intel的集显（也叫核显）、NVIDIA的N卡、以及AMD的A卡。

在程序中想要使用GPU来解码渲染视频，首先要看这台电脑配备的显卡是哪种，然后再使用该显卡对应的程序接口去访问它。

下面是每种显卡所使用的程序访问接口/技术。

我们可以先这样简单地理解显卡，即显卡 = GPU + 显存。而GPU是操作不了内存的，内存是由CPU操作的，GPU只能对显存进行操作。

GPU要解码H264/H265视频图像，先要将其拷贝到显存中，再由GPU解码，解码后得到的图像数据（一般是YUV格式）也是位于显存中，此时，直接将该数据提交给GPU去渲染，性能就非常高效了。

之前，我们尝试过一种方案：解码由GPU来做，然后渲染由CPU做。即我们把GPU解码得到的YUV数据拷贝回内存，再交由CPU去渲染，但是这样效率就大打折扣了。

因为当视频图像的分辨率很高时，解码得到的YUV数据就非常大，这时将其从显存拷贝回内存，就需要消耗大量的CPU。

经过我们测试，这样的方案很鸡肋，还不如直接使用CPU解码渲染来得方便省事。

当然，最佳方案是解码和渲染全部交由GPU来执行。如果有些显卡不支持GPU解码，那么，就只能由CPU解码，GPU来渲染了。

三.对比测试

我们使用 OMCS入门Demo 来做测试（OMCS 支持使用集显、N卡、A卡解码渲染视频），分别在开启和关闭GPU解码渲染功能时，看看CPU和GPU的占用情况。

首先将摄像头分辨率设置成1920*1080，帧频设为30fps，如下代码所示：

     multimediaManager.CameraVideoSize = new Size(1920, 1080);

     multimediaManager.MaxCameraFrameRate = 30;

然后，我们可以通过设置 GpuEnabled4Decode 属性来控制是否开启GPU解码渲染：

     multimediaManager.Advanced.GpuEnabled4Decode = true; //是否开启GPU解码渲染

OMCS入门Demo按照上面修改后，重新编译客户端。接下来就可以开始我们的测试工作了。

先在我同事的电脑上启动Demo客户端，登录aa01账号。然后，在我的电脑上启动客户端后，登录aa02账号，然后，aa02去连接aa01的摄像头，这样，aa02就可以看到aa01的视频图像了。

此时，我电脑上的demo客户端aa02在收到了来自aa01视频图像帧（H264）后，会将其解码，然后再在UI上渲染出来。

1. 使用CPU解码渲染视频

我们先关闭GPU解码渲染功能：

     multimediaManager.Advanced.GpuEnabled4Decode = false; //关闭GPU解码渲染

测试时看看CPU的占用情况：

可以看到，Demo客户端进程CPU占用率为8%，而GPU的占用为0，表示没有使用GPU。

我这台电脑的CPU型号是 AMD Ryzen 7 4700G with Radeon Graphics，算是很不错的，如果是次一点的CPU，解码渲染一路1080p的视频，CPU能跑到20%了。

2. 使用GPU解码渲染视频

接下来，我们开启GPU解码渲染功能：

     multimediaManager.Advanced.GpuEnabled4Decode = true; //开启GPU解码渲染

在看看CPU的占用情况：

对比非常明显，现在CPU的利用率降到了0，而GPU利用率接近7%。

这样看来，测试的这台电脑的显卡，可以同时解码渲染13~14路1920*1080的全高清视频，如果是1280*720的高清视频，应该可以同时解码渲染20多路了，这样，对于一般的视频会议系统来说，是绰绰有余了。

通过上面的介绍，你应该已经明白了，为什么视频会议系统中必须使用GPU来解码渲染视频了吧。