Linux: VDPAU y los avances en reproducción de videos

Respecto al hardware, las series 6 de NVIDIA GeForce incluyen una característica llamada PureVideo que se encarga del soporte de decodificación y presentación de videos a través del procesador gráfico (GPU).  Mientras que en Windows se utiliza PureVideo mediante DirectX Video Acceleration API (DxVA), en Linux se podía utilizar esta característica sólo en forma limitada.

NVIDIA viene a cambiar esta situación con el desarrollo de una API equivalente a DxVA para el mundo Unix llamada VDPAU : Video Decoding and Presentation API for Unix (API para decodificación y presentación para video).  Antes de explicar de que se trata, repasemos cuales son los sistemas actuales de aceleración de la reproducción de videos en Linux:

1. Sin aceleración : la CPU se encarga de realizar todos los cálculos de decodificación de video.  Posteriormente cada frame decodificado debe ser copiado a Video RAM aplicando otros cálculos adicionales para llegar al tamaño que se quiere desplegar, ya sea agregando o eliminando pixeles.  Mientras más grande es el video original o el area de despliegue, peor es el rendimiento del sistema completo.  Si la ventana del video es cubierta por otras ventanas, la CPU tiene que hacer los cálculos necesarios para copiar sólo los bloques visibles. Independiente de la velocidad del computador, es un método bastante lento.
3. X-Video (xv) : La CPU se encarga de realizar todos los cálculos de la decodificación del video, pero es la GPU quien se encarga de escalar y mostrar el video en pantalla, por lo tanto el tamaño del video es irrelevante para el rendimiento.  Originalmente se utilizaba la técnica del Chorma Key, es decir, se pinta un fondo azul y la GPU reemplaza todos esos píxeles por la imagen del vídeo, no es necesario hacer ningún cálculo relacionado con ventanas que tapan areas del video.  Cuando surgen los sistemas de despliegue basados en composición (Compiz y sus efectos 3D) se elimina el uso de Chroma Key y el video se renderiza como si fuera una textura en un polígono, aprovechando toda la capacidad de las GPU con aceleración 3D.
5. X-Video Motion Compensation (XvMC) :  La GPU se hace cargo de algunas tareas de la decodificación de video, especificamente dos importantes tareas de la decodificación de MPEG-2, el codec que se usa en los DVD’s y en sistemas de televisión digital.  El hardware de NVIDIA sólo soporta XvMC con su driver propietario hasta las series 7 de GeForce mientras que ATI lo soporta sólo en forma experimental.  VIA agrega una tercera tarea de decodificación y además soporta MPEG-4 (ASP) y H.264.  Intel lo soporta completamente en sus series 8xx/9xx y dice que está trabajando en el soporte de más codecs.

VDPAU : Video Decode and Presentation API for Unix

NVIDIA no siguió con el soporte de aceleración a través de XvMC y no es que abandone el barco, sino que se dedicaron a desarrollar un nuevo esquema de aceleración que oficialmente soporte más tareas de decodificación en la GPU y que además soporte una gran cantidad de codecs.

A partir de la versión 180.06 de su driver propietario, NVIDIA comenzó el soporte de VDPAU en la series 8 de GeForce y posteriores (las anteriores tienen XvMC).  Los codecs que pueden ser acelerados son MPEG-1, MPEG-2 (DVD), MPEG-4 (H.264), VC-1 (HD DVD/BlueRay) y WMV3/WMV9.

La mejora en el rendimiento de la reproducción de videos puede ser impresionante.   En pruebas de VDPAU realizadas con hardware barato (CPU: USD$20 + GPU: USD$30) se pueden apreciar mejoras del rendimiento en la decodificación de videos HD que van desde una relación 1:2 a casos extremos con una relación 1:9.

NVIDIA además ha ayudado a desarrollar los parches para que las aplicaciones de video en Linux puedan usar VDPAU, específicamente hay soporte en MythTV, FFmpeg, MPlayer, VLC y Xine a través de parches.

Intel por su parte estaba tratando de mejorar XvMC a través de una API funcionalmente equivalente a VDPAU pero llamada simplemente Video Acceleration API (VA-API), sin embargo no ha tenido un impulso tan grande como el que esta dando NVIDIA a su tecnología.  No sólo no hay mucho código disponible, sino que el único driver de Intel que soporta VA-API es para una familia de chips que fue adquirida a PowerVR, por lo tanto es diferente a todo lo existente para sus chips más conocidos.  Este hardware conocido como Poulsbo (GMA 500) se encuentra presente en dispositivos MID’s y netbooks, sus drivers tienen componentes privativos y han sido duramente criticados por su deficiente calidad.

Afortunadamente Intel ha declarado que está considerando a VDPAU para sus drivers de X.org, y si esto sucede, se espera que ATI también se una a esta iniciativa.

Links:
– NVIDIA Driver brings PureVideo features to Linux (phoronix.org)
– Intel considering VDPAU for X.org driver (phoronix.org)
– HD Video playback with a $20 CPU & $30 GPU on Linux (phoronix.org)