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為Raspberry Pi 64bit OS編譯可硬件加速的FFmpeg(arm64)

2022-01-18 23:58 作者:28283844972_bili 0人讀過 | 我要投稿

》》》 Hi~ o(*￣▽￣*)ブ《《《

起因是我去年7月份在b站上偶然看到了這樣一個比較有意思的樹莓派教學(xué)視頻：

【樹莓派排坑指南】如何為你64位系統(tǒng)的樹莓派4B編譯可使用硬件編碼的FFMPEG

看完之后的我大為震撼，決定多多少少都要做些什么 ( ?? ω ?? )！因為視頻中整個編譯過程全部是在Raspberry Pi 4B上面完成的，又恰巧在這不久之前第一次了解到嵌入式交叉編譯技術(shù)的存在，可以利用計算資源更豐富、性能更強(qiáng)勁的x86平臺給其他架構(gòu)的設(shè)備編譯軟件，所以就在評論區(qū)里面請教了一下有關(guān)“交叉編譯樹莓派64位FFmpeg”教程的問題(當(dāng)時我還沒有意思到，想要交叉編譯出可以使用特定平臺硬件編碼ffmpeg需要面臨的問題的嚴(yán)重性)，視頻的UP主也是很有耐心地跟我分析了交叉編譯方案的難點(diǎn)所在：

交叉編譯不現(xiàn)實，因為很多依賴全部都要交叉編譯，太累人。在樹莓派上編譯的話，可以省去編譯很多共享庫的時間，只需要編譯一個ffmpeg，而且編譯硬件解碼支持必須要Linux內(nèi)核頭文件，這些都只有官方版系統(tǒng)有，所以交叉編譯ffmpeg是不支持硬件編解碼的。想要交叉編譯好的靜態(tài)ffmpeg（單文件可運(yùn)行）的話，可以去ffmpeg官網(wǎng)下載，官方有編譯好的。

初生牛犢不怕虎，當(dāng)時的我對交叉編譯這一概念僅僅是停留在理論階段，并沒有實踐經(jīng)驗，所以對UP主所說的這段話理解還不夠深刻 (〒▽〒)，后來我真的嘗試去交叉編譯可以硬件加速的FFmpeg，然后就沒然后了。。。

在交叉編譯這條路上碰了一鼻子灰之后，除了在真正的Raspberry Pi 4B平臺上編譯全過程以外，暫時也沒有其他辦法。所幸的是，我并不急需要在樹莓派上使用FFmpeg，所以有一段時間也沒多在意這個事情。直到幾天前得到了一位大佬的回復(fù)，提供了使用QEMU模擬aarch64環(huán)境，同時利用樹莓派系統(tǒng)鏡像中的RootFS編譯FFmpeg的方案，讓我有了繼續(xù)填坑的動力(非常感謝大佬的技術(shù)知識分享?ヾ(≧▽≦*)o )，于是在接下來的幾天內(nèi)，我抽空前往大佬的個人博客拜讀了相關(guān)的技術(shù)文章，并完成了全過程的實踐驗證，這篇專欄才得以公之于眾。大佬的個人博客文章鏈接，供大家參考閱讀：https://haruto.zone/post/132

下面我會將實踐過程連同遇到的一些問題和解決方案，以及個人的思考感悟分享給大家，一庫走！

》》》 (。???)ノ《《《

在開始之前我先總結(jié)性的回答幾個問題(權(quán)當(dāng)你還沒看過上面的視頻和文章，建議先去看一遍視頻和博客文章)：

為什么要在樹莓派上使用64位系統(tǒng)？

答：Raspberry Pi 4B搭載了一顆4核心的64bit armv8 SoC，實踐證明，在樹莓派上使用64位系統(tǒng)的性能發(fā)揮與32位系統(tǒng)相比有明顯提升，特別是8GB內(nèi)存容量的樹莓派，64位系統(tǒng)能充分利用內(nèi)存空間。
為什么要自己編譯適用于樹莓派64位系統(tǒng)的、可硬件加速的FFmpeg？

答：從官方64位系統(tǒng)源中直接下載的FFmpeg無法正常使用硬件編解碼器(不知道官方現(xiàn)在有沒有修復(fù)這個問題)，會出現(xiàn)偏色等奇怪的問題，總之非常讓人頭疼，所以要自己手搓FFmpeg。
我為什么總是執(zhí)著于在樹莓派開發(fā)板以外的平臺上編譯FFmpeg？

答：也是因為個人“潔癖”，我使用的樹莓派系統(tǒng)是raspios-buster-arm64-lite，沒有圖形界面以及其他額外的軟件包，一切從簡，而編譯FFmpeg不僅需要安裝大量額外的dev軟件包，還會占用“大量”的存儲空間(家境貧寒，我目前在用樹莓派SDCard容量僅有16GB)。另外Raspberry Pi 4B雖然在性能上較前一代有了顯著提升，但綜合來看還是很弱雞，更何況編譯軟件是非常消耗設(shè)備資源的，所以首選是在其他性能更強(qiáng)勁的平臺上編譯。

好，答疑結(jié)束，準(zhǔn)備手搓一個FFmpeg ( ?? ω ?? )y

再次確認(rèn)你的樹莓派上目前所使用的系統(tǒng)發(fā)行版本和硬件架構(gòu)，并準(zhǔn)備好相對應(yīng)的64位樹莓派系統(tǒng)鏡像：

樹莓派系統(tǒng)鏡像可以前往官網(wǎng)或者國內(nèi)主流鏡像站下載，以我的Raspberry Pi 4B為例，基本信息如下，所以我準(zhǔn)備的系統(tǒng)鏡像是2021-05-07-raspios-buster-arm64-lite.img：

本次實踐過程中我使用的“宿主機(jī)”環(huán)境是Ubuntu 20.04.1 LTS amd64虛擬機(jī)??，別問，問就是家境貧寒，被迫套娃。如果條件允許的話，建議還是直接上性能強(qiáng)勁一點(diǎn)的物理機(jī)或者云服務(wù)器，除非你愿意在編譯階段等上個2~3小時，那還不如直接在樹莓派上編譯。。。

在宿主機(jī)命令行下執(zhí)行以下命令，安裝相關(guān)的工具，沒什么好說的：

覺得多敲幾個“sudo”麻煩的話，可以在Root用戶模式下執(zhí)行這些命令，我個人在操作時比較謹(jǐn)慎，基本都是用sudo提權(quán)。

繼續(xù)在宿主機(jī)中進(jìn)行下一項操作，將準(zhǔn)備好的樹莓派鏡像文件與loop設(shè)備綁定：

這里可能會遇到一些問題，例如我在驗證上述步驟的過程中碰到了loop設(shè)備忙的情況，嘗試掙扎后無果，于是換成其他的loop設(shè)備再做嘗試。

如果是自己做實驗的話，還是得根據(jù)自己的實際情況來，必要的時候需要靈活處理遇到的各種突發(fā)問題。

將鏡像文件綁定到loop1設(shè)備上，Unix哲學(xué)：沒有任何輸出的結(jié)果才是好結(jié)果

想要知道宿主機(jī)上有哪些可用的loop設(shè)備，可以執(zhí)行這條命令：

接下來創(chuàng)建兩個空的文件目錄，用來掛載和轉(zhuǎn)存樹莓派鏡像文件中的RootFS；接著以只讀模式將樹莓派鏡像中的RootFS掛載到空文件目錄；這里的空目錄命名并沒有固定要求，待掛載的loop設(shè)備一定要根據(jù)自己的實際情況來，選擇p2分區(qū)：

為什么是掛載loop設(shè)備的p2分區(qū)？給樹莓派燒錄過系統(tǒng)鏡像的同學(xué)都知道，樹莓派系統(tǒng)鏡像默認(rèn)有兩個分區(qū)，一個是/boot分區(qū)，F(xiàn)AT32格式；另外一個是根分區(qū)(/)，Ext4格式；p1是/boot，p2就是我們需要的RootFS。通過宿主機(jī)的資源管理器我們也可以驗證上述猜想：

將掛載目錄下RootFS全部內(nèi)容轉(zhuǎn)存到準(zhǔn)備好的空目錄當(dāng)中。比較奇怪的是，在博客文章中有以下描述：

這里必須使用mv來代替復(fù)制，如果使用cp命令會丟失文件的suid導(dǎo)致sudo等功能報廢

我大致能理解作者的用意了，這里所說的“丟失suid導(dǎo)致sudo不能正常使用”，指的是在QEMU模擬樹莓派環(huán)境中無法正常使用，所以在實際操作中選擇了遵從原文以驗證結(jié)果。那么我之所以覺得奇怪是因為當(dāng)初在掛載鏡像的時候選擇了只讀模式，mv一般是用作重命名或移動文件內(nèi)容，雖然最終結(jié)果是驗證通過的，但邏輯上多少有點(diǎn)別扭(強(qiáng)迫癥害死人！??)。

于是待整個實驗結(jié)束后，我重新驗證了cp結(jié)果，稍做調(diào)整能夠保留文件原始屬性，讓sudo等功能正常使用，選項參數(shù)的具體含義可自行查閱：

*? 2> /dev/null 是重定向錯誤輸出信息到“設(shè)備黑洞”，忽略錯誤信息在屏幕上輸出的意思，可選

耐心等待文件轉(zhuǎn)存完畢之后，根據(jù)自己的實際情況卸載并解綁loop設(shè)備。至于本項第2條命令以及之后刪除鏡像文件，普通人隨意，強(qiáng)迫癥必備：

至此，在宿主機(jī)上的準(zhǔn)備工作已全部準(zhǔn)備完畢，可以起身去喝杯養(yǎng)身茶稍作休息了(正在播放飲茶哥.mp3)

》》》 o(*^▽^*)┛ 《《《

書接上文，在正式進(jìn)入QEMU模擬aarch64環(huán)境的容器之前，當(dāng)然需要在宿主機(jī)上啟動容器了(廢話)，這也是最后一條需要在宿主機(jī)中執(zhí)行的操作，之后如果沒有特別提醒，全部是在容器中完成。博客原文如下：

#可以使用快捷鍵ctrl+a+d暫時離開

#可以使用命令screen -r build重新回到控制臺

screen -S build systemd-nspawn -D rpi-env --hostname=raspberrypi --user=pi

這條命令可以拆分成兩段來看，前半段是screen -S build，使用多重視窗管理工具創(chuàng)建了一個名為build的作業(yè)視窗，文章博主使用的是遠(yuǎn)程連接到云服務(wù)器進(jìn)行編譯，誰也不想在編譯中途因為意外斷開連接而重新來過對吧？后半段才是啟用容器的執(zhí)行操作，雖然是進(jìn)入到作業(yè)視窗之后執(zhí)行的操作，但此時依舊是在宿主機(jī)環(huán)境中，只有等容器完全啟用后，才算是真正意義上進(jìn)入到容器模擬的環(huán)境中。如果你是遠(yuǎn)程連接或者想要在編譯的同時執(zhí)行其他工作的話，建議加上screen，否則可以直接執(zhí)行：

具體含義不用我解釋，基本都能猜到。不出意外的話出現(xiàn)以下內(nèi)容則說明成功啟用容器并進(jìn)入到模擬環(huán)境中。

只是模擬出來的aarch64環(huán)境，內(nèi)核實際上用的還是宿主機(jī)的，妥妥的縫合怪

按照流程接下來是更新軟件源，然后獲取相關(guān)的軟件依賴庫、工具包，不過博主開篇有提示說在執(zhí)行這一步操作時國內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)會比較糟心：

推薦在境外服務(wù)器進(jìn)行編譯，國內(nèi)由于網(wǎng)絡(luò)問題非常蛋疼

非常貼心的提醒，事實證明也是如此。所以有多余閑錢的話，還是租個綜合性能不錯的境外服務(wù)器耍耍比較好，如果跟我一樣家境貧寒的話建議考慮換源。雖然這是個模擬出來的aarch64平臺環(huán)境，但好歹也是用了樹莓派系統(tǒng)的RootFS，所有的操作是依靠arm轉(zhuǎn)譯給宿主機(jī)內(nèi)核執(zhí)行的(就是這個轉(zhuǎn)譯效率確實挺感人的)，理論上和在真實的樹莓派系統(tǒng)環(huán)境下沒多大差別。按照給樹莓派換源的步驟操作就行，沒多大難度。

以我實際操作為例全部替換為中國科技大學(xué)的鏡像源，注意需要修改兩個軟件源文件，特別是raspi.list中的內(nèi)容一定要修改成對應(yīng)的國內(nèi)鏡像源(不然你會后悔的，很多樹莓派專有的軟件依賴包都要根據(jù)這個源獲取)：

另外，中科大鏡像站里面有關(guān)Debian軟件源配置的幫助文檔中提供了一個非常好用的工具，能夠快速根據(jù)自己的發(fā)行版本生成相應(yīng)的軟件源配置內(nèi)容：

一定要根據(jù)自己的發(fā)行版本來配置軟件源哦！其他Linux發(fā)行版本的軟件源配置也可以來試試！

換完軟件源之后，正常執(zhí)行更新和獲取操作，等待時間的多少取決于你的網(wǎng)絡(luò)狀況(誰想要交叉編譯的快過來看看！至少lib打頭依賴庫和工具包都需要自己交叉編譯！。。。哦原來是我，那沒事了)：

源碼編譯沒源碼包怎么行呢？前往FFmpeg的官網(wǎng)下載最新的stable版本源碼包；喜歡“追新”的同學(xué)可以下載snapshot版本，但不建議用于生產(chǎn)環(huán)境。以我的為例，下載的是代號為“Rao” FFmpeg4.4.1的穩(wěn)定版本，解壓tar.xz使用?-J?選項，解壓tar.bz2使用?-j?選項，解壓tar.gz使用?-z?選項：

進(jìn)入到源碼包根目錄之后，就可以開始進(jìn)行configure配置和編譯工作了，編譯選項配置如原文所示，--prefix是編譯好之后軟件包的安裝路徑，不用默認(rèn)配置是方便打包；如果只是需要編譯FFmpeg，繼續(xù)添加 --disable-ffprobe、--disable-ffplay 這兩個編譯選項；更多編譯選項請參考 ./configure --help：

因為需要arm轉(zhuǎn)譯執(zhí)行，所以執(zhí)行配置編譯選項這一環(huán)節(jié)會花個3~4分鐘(看你的平臺性能，就算是虛擬機(jī)建議資源配置也盡量多給一點(diǎn))，中間不報錯，最后出配置成功的結(jié)果就行。

開始編譯，-j?選項要不要加？加多少？請謹(jǐn)慎考慮，arm轉(zhuǎn)譯真的很吃CPU資源：

少女祈禱中……

等待編譯完成大概需要2~3小時(取決于你的平臺性能)，如果沒其他什么事的話，建議去看一會兒番劇、一部電影或者小睡一會兒什么的。除非在編譯過程意外中斷，需要排查錯誤。。。 (╯‵□′)╯︵┻━┻

編譯并安裝完成后，前往你的prefix安裝路徑，可以先在模擬環(huán)境下測試一下編譯出來的軟件是否可用：

接下來就可以退出容器模擬環(huán)境，進(jìn)入宿主機(jī)操作了，從轉(zhuǎn)存樹莓派系統(tǒng)RootFS的文件目錄中拷貝出編譯好的安裝文件，就是prefix所指定的目錄，打包發(fā)送到樹莓派準(zhǔn)備實戰(zhàn)演示，可以用scp工具。啊，忘記說了，退出容器和多任務(wù)視窗直接執(zhí)行exit即可

》》》 \(0^◇^0)/ 《《《

當(dāng)你迫不及待地想要在樹莓派上使用剛剛編譯好的FFmpeg的時候，大概率會獲得一個錯誤提示，缺少一些必要的共享庫！解決方法也很簡單，直接回到剛剛的RootFS把需要的共享庫一個一個拷貝出來、轉(zhuǎn)存到樹莓派的/usr/lib/aarch64-linux-gnu/目錄中

當(dāng)然是先檢查一下缺少哪些共享庫，以我的實際情況為例，進(jìn)入FFmpeg軟件本體所在目錄：

然后在樹莓派上按需獲取對應(yīng)的依賴庫軟件包，和編譯的時候不同，這里我們只取所需，dev開發(fā)工具包中額外的內(nèi)容都是不需要，最小化安裝：

如果還缺少其他依賴庫，可以自行百度(找規(guī)律，特別是共享庫名稱與軟件包的聯(lián)系，應(yīng)該很容易就能總結(jié)出規(guī)律)，有時候只要解決一個依賴庫可以連同解決多個，apt工具很智能。

下面正式進(jìn)入實戰(zhàn)，這里準(zhǔn)備了一個時長00:01:30的視頻文件test.mp4，大小為13MB左右；樹莓派為GPU劃分的內(nèi)存大小為128MB：

首先是使用軟件解碼器和CPU進(jìn)行軟編碼，用了將近1分鐘的時間完成測試：

接下來是使用GPU硬件解碼器與編碼器進(jìn)行測試，用時大約12.5秒完成，證明編譯得到的FFmpeg能夠利用樹莓派平臺的GPU硬件加速：

終于，我們通過在非樹莓派平臺上編譯出了支持arm64系統(tǒng)、可硬件加速的FFmpeg，完結(jié)撒花！ヽ(。???)ノ?

番外篇

還記得我最開始說想要交叉編譯一個可支持樹莓派硬件加速的FFmpeg計劃嗎？試過，最后“有幸”獲得了一件失敗品！ (?_?")

當(dāng)我得知要從頭交叉編譯各種依賴庫、手動配置頭文件的時候，作為初學(xué)者基本上已經(jīng)放棄了，所以只嘗試了交叉編譯其中兩個依賴庫libx264和libsdl2-2.0，在交叉編譯過程中解決的各種蜜汁報錯且不說，各種配置以及查閱文檔就讓人頭大得不得了，實在是劃不來，大家就看個樂呵吧。