ハードウェアビデオアクセラレーション

ハードウェアビデオアクセラレーションにより、ビデオカードで動画をデコード・エンコードするを活用することで、CPU の負担を下げて電力を節約することができます。

Linux でこれを実現する方法は複数存在します:

Video Acceleration API (VA-API) はハードウェア支援による動画エンコード・デコードの両方を実現するオープンソースライブラリです。Intel によって開発されました。
Video Decode and Presentation API for Unix (VDPAU) は GPU ビデオハードウェアに動画のデコードやポストプロセス処理をオフロードするオープンソースのライブラリです。NVIDIA によって開発されました。VDPAU は2015年9月から更新されていません。
NVDECODE/NVENCODE - NVIDIA Fermi, Kepler, Maxwell, Pascal 世代の GPU によって使われているハードウェアビデオアクセラレーションのためのプロプライエタリ API。

2007年以前のビデオカードについては XvMC を参照してください。ドライバーとアプリケーションのサポートの包括的な概要については、#比較一覧を参照してください。

インストール

Intel

Intel Graphics オープンソースドライバーは VA-API に対応しています:

CannonLake (あるいは Broadwell) 以降の HD Graphics シリーズは intel-media-driver によってサポートされています。
Coffee Lake までの GMA 4500 シリーズ以降の GPU は libva-intel-driver によってサポートされています。
GMA 4500 の H.264 デコードは libva-intel-driver-g45-h264^AUR によってサポートされています。Intel#GMA 4500 での H.264 デコーディングを参照。
Haswell refresh から Skylake までの VP9 デコーディングと Bloadwell から Skylake のハイブリッド VP8 エンコードは intel-hybrid-codec-driver^AUR によってサポートされています。
Skylake 以降は linux-firmware も必要です。

VAAPI がサポートするハードウェアと機能もご覧ください。

NVIDIA

Nouveau オープンソースドライバーは VA-API と VDPAU に対応しています:

GeForce GTX 750 までの GeForce 8 シリーズ以降の GPU は libva-mesa-driver と mesa-vdpau によってサポートされています。
NVIDIA のバイナリドライバーから抽出される nouveau-fw^AUR ファームウェアパッケージが必要です。

NVIDIA プロプライエタリドライバーは VDPAU と NVDECODE/NVENCODE に対応しています:

VDPAU は GeForce 8 シリーズ以降で nvidia-utils によってサポートされています。
NVDECODE/NVENCODE は Kepler 以降で nvidia-utils によってサポートされています。

ATI/AMD

ATI と AMDGPU オープンソースドライバーは VA-API と VDPAU に対応しています:

VDPAU は Radeon R300 以降の GPU で mesa-vdpau によってサポートされています。
VA-API は Radeon HD 2000 以降の GPU で libva-mesa-driver によってサポートされています。

AMD Catalyst プロプライエタリドライバーは XvBA によって VA-API に対応しています。

AMDGPU PRO プロプライエタリドライバーは AMDGPU ドライバー上で動作し、VA-API と VDPAU に対応しています。

互換レイヤー

デバイスドライバーが VA-API をサポートしていない場合に VA-API を使うには:

libva-vdpau-driver – VDPAU の VA-API バックエンド。
libva-vdpau-driver-chromium^AUR – Chromium で動作するようにパッチが適用された VDPAU の VA-API バックエンド。

デバイスドライバーが VDPAU をサポートしていない場合に VDPAU を使うには:

libvdpau-va-gl – VA-API の VDPAU バックエンド (H.264 のみサポート)。

確認

ヒント:

ハードウェアアクセラレーションをテストするときは mpv が向いています。
Radeon の場合、以下のコマンドでドライバーの名前を確認できます:

$ grep -iE 'vdpau | dri driver' ~/.local/share/xorg/Xorg.0.log

(II) RADEON(0): [DRI2] DRI driver: radeonsi
(II) RADEON(0): [DRI2] VDPAU driver: radeonsi

上記の場合、VA-API と VDPAU の両方で radeonsi が使えます。

GDM を使っている場合は journalctl -b | grep -iE 'vdpau | dri driver' を実行してください。

VA-API の確認

VA-API の設定は libva-utils パッケージに含まれている vainfo を実行することで確認できます:

$ vainfo

libva info: VA-API version 0.39.4
libva info: va_getDriverName() returns 0
libva info: Trying to open /usr/lib/dri/i965_drv_video.so
libva info: Found init function __vaDriverInit_0_39
libva info: va_openDriver() returns 0
vainfo: VA-API version: 0.39 (libva 1.7.3)
vainfo: Driver version: Intel i965 driver for Intel(R) Skylake - 1.7.3
vainfo: Supported profile and entrypoints
      VAProfileMPEG2Simple            :	VAEntrypointVLD
      VAProfileMPEG2Simple            :	VAEntrypointEncSlice
      VAProfileMPEG2Main              :	VAEntrypointVLD
      VAProfileMPEG2Main              :	VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264ConstrainedBaseline:	VAEntrypointVLD
      VAProfileH264ConstrainedBaseline:	VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264ConstrainedBaseline:	VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264Main               :	VAEntrypointVLD
      VAProfileH264Main               :	VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264Main               :	VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264High               :	VAEntrypointVLD
      VAProfileH264High               :	VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264High               :	VAEntrypointEncSliceLP
      VAProfileH264MultiviewHigh      :	VAEntrypointVLD
      VAProfileH264MultiviewHigh      :	VAEntrypointEncSlice
      VAProfileH264StereoHigh         :	VAEntrypointVLD
      VAProfileH264StereoHigh         :	VAEntrypointEncSlice
      VAProfileVC1Simple              :	VAEntrypointVLD
      VAProfileVC1Main                :	VAEntrypointVLD
      VAProfileVC1Advanced            :	VAEntrypointVLD
      VAProfileNone                   :	VAEntrypointVideoProc
      VAProfileJPEGBaseline           :	VAEntrypointVLD
      VAProfileJPEGBaseline           :	VAEntrypointEncPicturehttp://img.2chan.net/b/futaba.php?mode=cat
      VAProfileVP8Version0_3          :	VAEntrypointVLD
      VAProfileVP8Version0_3          :	VAEntrypointEncSlice
      VAProfileHEVCMain               :	VAEntrypointVLD
      VAProfileHEVCMain               :	VAEntrypointEncSlice

あなたのカードを使ってデコードできるフォーマットが VAEntrypointVLD で、エンコードできるフォーマットが VAEntrypointEncSlice で示されます。

上の例では、以下の行があることから i965 ドライバーが使われていることが確認できます:

libva info: Trying to open /usr/lib/dri/i965_drv_video.so

vainfo を実行したときに以下のようなエラーが表示される場合:

libva info: va_openDriver() returns -1
vaInitialize failed with error code -1 (unknown libva error),exit

適切なドライバーを設定する必要があります。VA-API の設定を見てください。

VDPAU の確認

vdpauinfo をインストールしてから、以下のコマンドを実行してください。VDPAU ドライバーがロードされていることや、現在の設定が確認できます:

$ vdpauinfo

display: :0   screen: 0
API version: 1
Information string: G3DVL VDPAU Driver Shared Library version 1.0

Video surface:

name   width height types
-------------------------------------------
420    16384 16384  NV12 YV12 
422    16384 16384  UYVY YUYV 
444    16384 16384  Y8U8V8A8 V8U8Y8A8 

Decoder capabilities:

name                        level macbs width height
----------------------------------------------------
MPEG1                          --- not supported ---
MPEG2_SIMPLE                    3  9216  2048  1152
MPEG2_MAIN                      3  9216  2048  1152
H264_BASELINE                  41  9216  2048  1152
H264_MAIN                      41  9216  2048  1152
H264_HIGH                      41  9216  2048  1152
VC1_SIMPLE                      1  9216  2048  1152
VC1_MAIN                        2  9216  2048  1152
VC1_ADVANCED                    4  9216  2048  1152

..

設定

ノート: VA-API と VDPAU のどちらでもビデオドライバーは基本的にハードウェアビデオアクセラレーションを自動的に有効化しますが、場合によっては手動で VA-API/VDPAU を手動で有効にする必要があります。有効化されているかどうか確認をしてください。

VA-API の設定

VA-API のドライバーは自動で認識されます [1]。使用されているドライバーを確認する方法は確認を見てください。LIBVA_DRIVER_NAME 環境変数を設定することで使用するドライバーを上書きできます:

Intel Graphics:
- libva-intel-driver の場合は i965 を使ってください。
- intel-media-driver の場合は iHD を使ってください。
NVIDIA:
- Nouveau の場合は nouveau を使ってください。
- NVIDIA の場合は vdpau を使ってください。
ATI/AMD:
- AMDGPU の場合は radeonsi を使ってください。
- AMD Catalyst の場合は fglrx を使ってください。

ノート:

インストールされているドライバーは /usr/lib/dri/ ディレクトリを見ることで確認できます。/usr/lib/dri/${LIBVA_DRIVER_NAME}_drv_video.so として使われます。
一部のドライバーは互換性を保つために異なる名前を使っていることがあります。sha1sum /usr/lib/dri/* を実行することで確認できます。
LIBVA_DRIVERS_PATH を使うことで VA-API ドライバーのパスを上書きできます。
バージョン 12.0.1 から libva-mesa-driver は gallium の代わりとして radeonsi を提供しています。

VDPAU の設定

VDPAU で使用されるドライバーは自動的に認識されますが、VDPAU_DRIVER 環境変数を使うことで上書きすることができます。

使用しているビデオドライバーにあわせて適切なドライバーの名前を指定してください:

Intel Graphics や AMD Catalyst の場合 va_gl に設定する必要があります。
オープンソースの AMD/ATI ドライバーの場合、使用している GPU にあわせて適切なドライバーを設定してください。確認を参照。
オープンソースの Nouveau ドライバーの場合は nouveau に設定してください。
NVIDIA のプロプライエタリドライバーの場合は nvidia に設定してください。

ノート:

インストールされているドライバーは /usr/lib/vdpau/ ディレクトリを見ることで確認できます。/usr/lib/vdpau/libvdpau_${VDPAU_DRIVER}.so として使われます。
一部のドライバーは互換性を保つために異なる名前を使っていることがあります。sha1sum /usr/lib/vdpau/* を実行することで確認できます。
ハイブリッド構成 (NVIDIA と AMD の両方のカードが搭載されている) 場合、DRI_PRIME=1 を設定する必要があるかもしれません。詳しくは PRIME を参照。

トラブルシューティング

Failed to open VDPAU backend

libvdpau-va-gl を使用している場合に VDPAU_DRIVER を上書きしないと発生するエラーです。何らかの理由で VDPAU が使用するドライバーを正しく認識できていません。VDPAU の設定を見てください。

VA-API を使用するようにメディアプレイヤーを設定することで良い結果を得られる可能性があります。ソフトウェアを参照。

VAAPI init failed

エラーは libva: /usr/lib/dri/i965_drv_video.so init failed という行で確認できます。Wayland が正しく認識されていないことが原因で発生します。$DISPLAY の設定を解除することで mpv, mplayer, VLC などは X11 であると誤認しないようになります。mpv の場合は --opengl-backend=wayland パラメータを追加することでも解決できます。

AMDGPU ドライバーを使用したビデオデコード時の破損や歪み

AMDGPU ドライバーでビデオデコードの破損または歪みが発生する場合は、allow_rgb10_configs = false を環境変数または driconf として設定します。 [2]

比較一覧

VA-API ドライバ

コーデック	libva-intel-driver [3]	intel-media-driver [4]	libva-mesa-driver [5] [6]	Catalyst XvBA	libva-vdpau-driver (VDPAU アダプタ)
デコード
MPEG2	GMA 4500 以降	Broadwell 以降	Radeon HD 6000 以降 GeForce 8 以降¹	Radeon HD 4000 以降	#VDPAU を参照
MPEG4	No	No	Radeon HD 6000 以降	Radeon HD 6000 以降
AVC (H.264)	GMA 4500², Ironlake 以降	Broadwell 以降	Radeon HD 2000 以降 GeForce 8 以降¹	Radeon HD 4000 以降
HEVC (H.265) 8bit	Cherryview/Braswell 以降	Skylake 以降	Radeon R9 Fury 以降	No
HEVC (H.265) 10bit	Broxton 以降	Broxton/Apollo Lake 以降	Radeon 400 以降	No
VC1	Sandy Bridge 以降	Broadwell 以降	Radeon HD 2000 以降 GeForce 9300 以降¹	Radeon HD 4000 以降
VP8	Broadwell 以降	Broadwell 以降	No	No	No
VP9 8bit	Broxton 以降 Hybrid: Haswell から Skylake³	Broxton/Apollo Lake 以降	Raven Ridge 以降
VP9 10bit	Kaby Lake 以降	Kaby Lake 以降	Raven Ridge 以降
エンコード
MPEG2	Ivy Bridge 以降	Broadwell 以降 Broxton/Apollo Lake は除く	No	No	No
AVC (H.264)	Sandy Bridge 以降	Broadwell 以降	Radeon HD 7000 以降
HEVC (H.265) 8bit	Skylake 以降	Skylake 以降	Raven Ridge 以降
HEVC (H.265) 10bit	Kaby Lake 以降	Cannonlake 以降	Raven Ridge 以降
VP8	Cherryview/Braswell 以降 Hybrid: Haswell から Skylake³	Cannonlake 以降	No
VP9 8bit	Kaby Lake 以降	Icelake 以降
VP9 10bit	No	Icelake 以降

¹ GeForce GTX 750 まで対応。
² libva-intel-driver-g45-h264^AUR パッケージによってサポートされています。
³ Hybrid VP8 エンコーダ・VP9 デコーダは intel-hybrid-codec-driver^AUR によってサポートされています [7]。

VDPAU ドライバ

ノート: VDPAU は2015年9月から更新されておらず VP8 と VP9 をサポートしていません [8]。

コーデック	mesa-vdpau [9] [10]	nvidia-utils [11]	libvdpau-va-gl (VA-API アダプタ)
デコード
MPEG2	Radeon R300 以降 GeForce 8 以降¹	GeForce 8 以降	No
MPEG4	Radeon HD 6000 以降 GeForce 200 以降¹	GeForce 200 以降	No
AVC (H.264)	Radeon HD 2000 以降 GeForce 8 以降¹	GeForce 8 以降	#VA-API を参照
HEVC (H.265) 8bit	Radeon R9 Fury 以降	GeForce 900 以降²	No
HEVC (H.265) 10bit	Radeon 400 以降	No³
VC1	Radeon HD 2000 以降 GeForce 9300 以降¹	GeForce 8 以降⁴

¹ GeForce GTX 750 まで対応。
² GeForce GTX 970 と GTX 980 は除く。
³ NVIDIA の実装は8ビットストリームまでに制限されています [12] [13]。
⁴ GeForce 8800 Ultra, 8800 GTX, 8800 GTS (320/640 MB) は除く。

NVIDIA ドライバのみ

コーデック	nvidia-utils
コーデック	デコード	エンコード
MPEG-2	Fermi 以降¹	No
VC-1		No
AVC (H.264)		Kepler 以降²
HEVC (H.265) 8bit	Maxwell (GM206) 以降	Maxwell (2nd Gen) 以降
HEVC (H.265) 10bit	Maxwell (GM206) 以降	Pascal 以降
VP8	Maxwell (2nd Gen) 以降	No
VP9 8bit	Maxwell (GM206) 以降
VP9 10bit	Pascal 以降
AV1 8bit & 10bit	Ampere 以降³

¹ GM108 は除く (未サポート)
² GM108 と GP108 は除く (未サポート)
³ A100 は除く (未サポート)

アプリケーションサポート

	VA-API	VDPAU	NVDECODE	ドキュメント
FFmpeg	Yes	Yes	Yes	FFmpeg#ハードウェアアクセラレーション
GStreamer	Yes (gstreamer-vaapi)	Yes (gst-plugins-bad)	Yes (gst-plugins-bad)	GStreamer#ハードウェアアクセラレーション
Kodi	Yes	Yes	Yes	Kodi#ヒントとテクニック‎
mpv	Yes	Yes	Yes	mpv#ハードウェアデコード
VLC media player	Yes	Yes	No	VLC media player#ハードウェアアクセラレーションのサポート
MPlayer	mplayer-vaapi^AUR	Yes	No	MPlayer#ハードウェアアクセラレーション
Flash	NPAPI のみ: freshplayerplugin^AUR	NPAPI のみ: flashplugin または freshplayerplugin^AUR	No	ブラウザプラグイン#Adobe Flash Player
Chromium	chromium-vaapi^AUR	No	No	Chromium#設定
Firefox	Yes	No	No	バグレポート

ヒント: VP8/VP9 のハードウェアデコードが使えない場合に YouTube を視聴する際に CPU の使用量を減らしたいときは h264ify 拡張を使ってください (Firefox/Chromium)。