如何优化 FFmpeg 的性能？有哪些硬件加速方案？ - 面试题

FFmpeg 性能优化是处理大规模音视频任务的关键，合理使用硬件加速和编码参数可以显著提升处理速度。

硬件加速

NVIDIA GPU 加速 (NVENC/NVDEC)

bash
# 使用 NVDEC 解码
ffmpeg -hwaccel cuda -i input.mp4 -c:v h264_nvenc output.mp4

# 使用 NVENC 编码
ffmpeg -i input.mp4 -c:v h264_nvenc -preset fast -b:v 5M output.mp4

# 完整的 GPU 加速流程
ffmpeg -hwaccel cuda -hwaccel_output_format cuda -i input.mp4 \
  -c:v h264_nvenc -preset fast -b:v 5M output.mp4

# 指定 GPU 设备
ffmpeg -hwaccel_device 0 -i input.mp4 -c:v h264_nvenc output.mp4

Intel QSV 加速

bash
# 使用 QSV 解码和编码
ffmpeg -hwaccel qsv -i input.mp4 -c:v h264_qsv output.mp4

# QSV 编码参数
ffmpeg -i input.mp4 -c:v h264_qsv -preset fast -b:v 5M output.mp4

AMD VCE 加速

bash
# 使用 VCE 编码
ffmpeg -i input.mp4 -c:v h264_amf -quality speed -b:v 5M output.mp4

VideoToolbox 加速 (macOS)

bash
# 使用 VideoToolbox 编码
ffmpeg -i input.mp4 -c:v h264_videotoolbox -b:v 5M output.mp4

# 使用 ProRes 编码
ffmpeg -i input.mp4 -c:v prores_videotoolbox -profile:v 3 output.mov

编码参数优化

Preset 选择

bash
# 超快速度（质量较低）
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -preset ultrafast output.mp4

# 快速速度（质量中等）
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -preset veryfast output.mp4

# 平衡速度和质量
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -preset medium output.mp4

# 最佳质量（速度较慢）
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -preset slow output.mp4

CRF 质量控制

bash
# 高质量（文件较大）
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -crf 18 output.mp4

# 默认质量
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -crf 23 output.mp4

# 低质量（文件较小）
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -crf 28 output.mp4

线程优化

bash
# 设置线程数
ffmpeg -i input.mp4 -threads 4 -c:v libx264 output.mp4

# 自动线程数
ffmpeg -i input.mp4 -threads 0 -c:v libx264 output.mp4

多线程处理

并行处理多个文件

bash
# 使用 GNU parallel
find input_dir -name "*.mp4" | parallel -j 4 ffmpeg -i {} -c:v libx264 output_dir/{/.}.mp4

# 使用 xargs
find input_dir -name "*.mp4" | xargs -P 4 -I {} ffmpeg -i {} -c:v libx264 output_dir/{/.}.mp4

分段处理

bash
# 分段转码后合并
ffmpeg -i input.mp4 -c copy -f segment -segment_time 60 segment_%03d.mp4
for f in segment_*.mp4; do ffmpeg -i "$f" -c:v libx264 transcoded_"$f"; done
ffmpeg -f concat -safe 0 -i <(for f in transcoded_segment_*.mp4; do echo "file '$PWD/$f'"; done) -c copy output.mp4

内存优化

减少内存使用

bash
# 使用流式处理
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -f null -

# 限制缓冲区大小
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -bufsize 1M output.mp4

性能分析

查看编码信息

bash
# 显示详细编码信息
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -v verbose output.mp4

# 显示性能统计
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -stats output.mp4

基准测试

bash
# 测试解码性能
ffmpeg -benchmark -i input.mp4 -f null -

# 测试编码性能
ffmpeg -benchmark -i input.mp4 -c:v libx264 -f null -

常见性能问题与解决方案

CPU 占用过高

bash
# 降低编码复杂度
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -preset ultrafast -tune fastdecode output.mp4

# 使用硬件加速
ffmpeg -hwaccel cuda -i input.mp4 -c:v h264_nvenc output.mp4

内存占用过高

bash
# 减少线程数
ffmpeg -i input.mp4 -threads 2 -c:v libx264 output.mp4

# 使用流式处理
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -f null -

处理速度慢

bash
# 使用更快的 preset
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -preset ultrafast output.mp4

# 启用硬件加速
ffmpeg -hwaccel cuda -i input.mp4 -c:v h264_nvenc output.mp4

最佳实践

根据硬件选择合适的加速方式：GPU 可用时优先使用硬件编码
平衡速度和质量：根据应用场景选择合适的 preset 和 CRF
合理设置线程数：通常设置为 CPU 核心数的 1-2 倍
使用流式处理：对于大文件，考虑分段处理
监控资源使用：使用系统监控工具观察 CPU、GPU 和内存使用情况

性能优化需要根据具体的硬件配置和应用场景进行调整，建议进行多次测试以找到最佳参数组合。