【高效视频处理】一窥火山引擎多媒体处理框架 -BMF

https://github.com/BabitMF/bmf

被誉为"稳定的火山",ByteDance 旗下的全新多媒体处理框架 BMF 正在获得广泛关注。本文将为大家带来从入门到高阶的 BMF 知识体验之旅,让更多人了解和使用这套功能强大的跨平台框架。

什么是 BMF?

BMF 即 Babit Multimedia Framework,中文称为"火山引擎多媒体框架"。它是一个通用的多媒体处理框架,通过提供简洁易用的跨语言接口、灵活的调度和扩展性,以模块化的方式动态扩展、管理和复用视频处理的原子能力。不仅如此,BMF 还可以直接调用单个处理模块,方便集成到各种工程中使用，其与 NIVIDA 合作开发提供了丰富的 GPU 即用模块，低门槛的扩展方式，多语言接口以及各类主流框架 SDK 的简单接入，方便用户快速打造高效的全 GPU 视频处理流水线，有效解决开发效率低，链路缺乏整体优化的问题，使得 GPU 能够充分发挥其强大的并行计算能力，应用于各类视频 AI 场景。

目前 BMF 主要应用于视频转码、视频抽帧、视频增强、视频分析、视频插帧、视频编辑、视频会议等众多领域,为用户提供高性能的多媒体处理解决方案。值得一提的是,BMF 已经在字节跳动内部得到广泛应用,每天处理 20 亿视频,产品质量和稳定性获得认可。

入门体验

想了解 BMF 的实际功能,不妨从以下几个简单示例开始:

1. 视频转码

使用 BMF 可以很简单地实现视频格式之间的转换。我们可以添加编码、解码和过滤模块,构建一个从 MP4 到 MKV 的转码 Pipeline。了解配置接口后,即可按需设置参数,如改变视频大小或帧率等。

2. 视频编辑

通过添加视频拼接和视频叠加模块,我们可以实现视频剪辑功能。比如将多段视频按顺序拼接成一个新视频,或者将 Logo 图片叠加到原视频上输出。这与常见视频编辑软件的功能一致。

3. 视频直播

使用 BMF 可构建一个简易的视频直播服务。它能实现视频流的实时拉取、视频布局控制、音频混音,并将处理后的流输出到 RTMP 服务器进行直播。这 fully 展现了 BMF 在视频会议领域的应用前景。

4. GPU 加速

BMF 完整支持 GPU 硬件,提供 CPU 到 GPU 的数据传输。我们可以实现视频解码和视频过滤等任务的 GPU 加速,显著提升处理效率。它还支持不同框架如 CUDA 和 OpenCL 之间的异构计算。

从这些建议简单实验开始, 开发者就可以感受到 BMF 模块化设计及其强大的处理能力。同时,它提供 Python、C++和 Go 三种语言接口,语法简洁易用,无门槛上手。通过这些基础功能,我们已经看到 BMF 在视频管道工程中的广阔地平线。

深入原理

学习如何创建自己的视频处理模块,必然需要了解 BMF 内部工作机制:

多媒体处理框架 BMF 的整体架构分为应用层、框架层、模块层和异构层，共 4 个部分：

1. 应用层：即顶层，为用户提供多语言的 API，包括 Python、Go、C++，方便用户根据不同的项目需求进行开发集成。

• 框架层：即中间层，包括框架对 graph(图) / pipeline 的调度、跨数据类型跨设备的数据流转 ackend、以及常用的跨设备 reformat、color space conversion(转换)、tensor 算子等 SDK。

• 模块层：包含了具备各种原子能力的模块，提供多种语言的模块开发机制，用户可根据自身需要将算法/处理实现为 Python、Go、C++ 语言的任意一种。

• 异构层：负责提供高效的视频处理算力，包括火山引擎自研的视频编解码芯片 ASIC 。

图 3. BMF 架构图

BMF 采用 Pipeline(管道)模式构建多媒体处理流程。用户通过添加和连接各种基础模块,比如解码、编码、滤镜等,形成一个个处理 Task 完成视频处理任务。这种模式极大增强了灵活性和可扩展性。在底层,BMF 会根据 Pipeline 拓扑结构,自动为每一段 Task 分配资源,进行高效调度。它支持多种模式,如同步、异步计算模式等。所有任务都由统一的线程池负责执行,处理成本极低。而每个基础模块都是一个独立的功能单元。这些模块会封装处理逻辑,通过简洁的 C/C++/Python/Go 接口暴露能力。开发者可以直接复用或二次开发模块,轻松扩展框架功能。整体而言,BMF 采用了十分松耦合的设计原则。各个模块与 Pipeline 彼此独立,能够通过热插拔的方式方便组合使用。这样一来,用户可以根据实际需求轻松修改流程, maximal 地发挥 BMF 强大又灵活的视频处理能力。

示例:编写一个 GPU 视频滤镜模块

基于先前的理解,我们来实际编码一个使用 GPU 滤镜的 BMF 视频处理模块:

1. 以 C++编写该模块源码,使用 CUDA 调用 GPU 加速;

2. 定义四个接口分别处理输入参数、处理逻辑、输出结果和释放资源;

3. 输入参数包括视频数据指针和信息;处理逻辑使用 CUDA 函数完成滤镜效果,如将视频颜色由 RGB 转灰度;

4. 输出接口返回经滤镜处理后的视频流;释放接口结束 CUDA 任务和释放内存。

5. 编写 CMake 配置,编译生成这个模块的可执行文件。

6. 在 Python 中使用 BMF API 动态加载这个模块,测试转码转灰度效果是否正常。

通过这种示例,开发者可以理解 BMF 模块化开发模式,自行开发和集成各类视频处理功能及 GPU 优化能力。这无疑可以大大增强 BMF 在工业应用中的扩展性。

使用场景

至此,我们已经对 BMF 有了全面而深入的了解。那么它在哪些实际场景下可以得到应用呢?

视频监督:通过实时视频分析抽取关键信息,帮助视频审查和监控工作。

视频会议:通过实时音视频采集、处理集成进会议系统,提供流畅高清体验。

视频直播:支持低延迟实时视频采集编解码,实现多码流直播输出。

视频教育:实现视频增强滤镜等功能,提高教学互动质量。

视频编辑:提供多编辑能力拼接生成用户定制视频。

视频存储:解码多种格式视频至统一规格,便于存储管理。

以上场景仅举几例,实际上 BMF 的应用更为广泛。它通过简洁整洁的 API,帮助开发者快速在现实生产中解决复杂视频处理需求。相信随着功能不断丰富,BMF 必将为更多用户服务。

BMF 是一个功能强大、设计理念先进的跨平台视频处理框架。作为开源项目,它不仅为开发者提供开发便利,也为用户带来高效解决方案。本文希望能给读者一个全面而深入的 BMF 认识,更多人能体会和利用其强大潜力。这将对推动多媒体行业产生积极影响。