Jellyfin转码和色调映射效率提升：开启处理器低电压模式(GuC/HuC)

系统环境

1. 操作系统: Ubuntu 20.04,内核版本5.4.0-165-generic
2. 硬件：工控板
3. CPU: J4105,1.5GHz, 核显UHD600
4. Jellyfin: 镜像nyanmisaka/jellyfin:230901-amd64

本文验证J4105硬件平台能否顺畅播放4K/HDR视频(开启HDR转SDR的色调映射)，为此部署最新的nyanmisaka版jellyfin，开启QSV硬件解码和低电压模式，将核显的性能尽量释放出来。
本文的重点是加载GuC/HuC固件，使Jellyfin能够开启低电压模式。然后通过实测验证开启低电压模式对转码效率是否有提升。

用于转码 4K HDR HEVC、VP9 10bit 视频的最低配置为 J4005 类似的代号为 GeminiLake 的处理器，即 UHD 600/605.
– by nyanmisaka

拉取nyanmisaka/jellyfin镜像

N大版jellyfin是一个开箱即用的 Docker 镜像，包含最新的驱动、jellyfin-ffmpeg、补丁、CJK 系统字体等。升级了QSV硬件解码和基于OpenCL的色调映射，在转码效率上有所有提升。
由于一些众所周知的网络问题，下载这个镜像还是有点不容易。我没有科学办法，硬拉，试了好几天终于给拉下来了。据说把国内镜像加速关掉后，使用latest可以拉取到最新的镜像，这个我没试过。
注意：拉取镜像必须指定tag，不能使用latest标签

sudo docker pull nyanmisaka/jellyfin:230901-amd64

nyanmisaka/jellyfin:23091-amd64对应的Jellyfin版本是10.8.10。

进入到容器，可以看到ffmpeg版本是6.0，这个版本是当前最新的稳定版。之前221029-amd64镜像中的ffmpeg版本是5.1.2。

开启低电压模式

低电压模式需要操作系统加载GuC/HuC两个固件，GuC与核显负载的调度有关，HuC可以将有些工作让GPU来完成，减少CPU与GPU的同步。以上为Intel官方的解释。个人认为开启低电压模式（Low Power Mode，LP Mode）与CPU硬件和Linux内核版本是有关系的，太旧的内核版本可能存在问题。

Jellyfin官方对低电压模式有一段说明：

The setup is not necessary unless you are using an Intel Jasper Lake or Elkhart Lake processor, or you want faster OpenCL tone-mapping speed on Linux. This also applies to the bleeding edge hardware such as 12th Gen Intel processors, ARC GPU and newer but step 2 should be skipped.

官方指出，本项设置不是必须的。也提到开启低电压模式后，对色调映射（tone mapping）的效率有一定的提升。另外，如果CPU是N5105，也需要配置低电压模式，否则Jellyfin的硬件加速将无法正常使用。
个人认为如果CPU性能比较够用了，不需要再配置低电压模式，因为配置是否顺利与操作系统、Linux内核、CPU有一定关系，最新版Nyanmisaka的特供版Jellyfin在不开启低电压模式下已经基本够用了。但是，我的J4105实在有点弱，指望通过开启低电压来提升硬件转码效率。
以下操作参照Jellyfin官方的指引：

1.安装固件

#安装固件
sudo apt update && sudo apt install -y linux-firmware

2.将GuC的设置写入配置文件i915.conf

# enable_guc=2
sudo sh -c "echo 'options i915 enable_guc=2' >> /etc/modprobe.d/i915.conf"

3.更新initramfs和grub

sudo update-initramfs -u
sudo update-grub

4.重启,验证

reboot
# GuC status
sudo cat /sys/kernel/debug/dri/0/i915_guc_load_status
# HuC status
sudo cat /sys/kernel/debug/dri/0/i915_huc_load_status

看到输出的status都是RUNNING，说明开启成功。

Jellyfin配置

开启QSV和低电压模式解码

在Jellyfin的控制台->播放页面下，硬件加速选择“Intel QuickSync(QSV)”，勾选“启用低电压模式”的两个选项。

开启色调映射（基于OpenCL）

开启色调映射，将HDR转换为SDR。色调映射会占用一部分核显性能，因此开启后转码效率会降低。开启色调映射，在不支持HDR的显示器播放HDR视频不会出现画面发灰的情况。
Jellyfin中选择“启用色调映射”，我选择了Mobius算法，参数默认。因为效率问题，不推荐使用VPP色调映射，所以上面“启用VPP色调映射”不要勾选。

实测

验证低电压模式

Jellyfin播放4K H265视频，使用intel_gpu_top命令查看核显工作情况（如果命令不存在，那么安装sudo apt install intel-gpu-tools）。当未开启低电压模式时，Render负载一直在90%以上；开启低电压模式后，Render负载下来了，大概维持在60~70%。

转码帧率实测

测试视频概况

在四个视频上测试nyanmisaka/jellyfin:230901的转码效率，与nyanmisaka/jellyfin:221029进行对比，并且记录开启低电压模式（LP Mode）前后转码帧率，验证低电压模式对转码效率的提升。
前三个测试视频格式如下，都是4K/HDR/H265，码率一般，第四个是高码较高。这四个视频对于我这个硬件平台来说还是有点困难的。

221029版本 vs 230901版本

相比去年的221029版本，目前最新的230901版本在其中三个视频上转码效率上有所提高。以《FAST10》为例，在开启色调映射的情况下，从25fps提高到了37fps。对于高码率的，两个版本的转码帧率持平。

开启色调映射的影响

实测开启色调映射（Mobius），对转码帧率有比较大影响。以《PI》为例，直接从36fps降到了25fps。所以色调映射还是比较消耗核显性能，至少对于这块J4105来说是这样。

开启低电压模式

所有四个视频，在开启低电压模式（加载GuC/HuC）后，转码效率都有提升情况。以《FAST》为例开启后，转码帧率确实有提升，开启低电压模式，CPU负载也有所降低，开启时为40-50%，未开启时为50%-55%。

对于高码率的视频《Transformers》，在不开启LP mode情况下，转码帧率<视频帧率，开启LP mode的情况下，勉强可以流畅播放。

以下为实验数据汇总：记录了开启色调映射情况下，221029、230901两个版本nyanmisaka/jellyfin的转码帧率实测数据，后两列还对比了未开启低电压模式与开启情况下的转码帧率。总体来说，这个硬件播放4K/HDR还是比较吃力的，转码帧率都比较低。
（为保证数据相对准确，对每个视频的相同时间点进行记录，且保证播放一段时间转码帧率已趋于稳定）

总结

在本文使用的软硬件环境下：

1. 开启核显的低电压模式（加载GuC/HuC），对转码效率有所提高；
2. 在使用最新版本nyanmisaka/jellyfin镜像以后，J4105硬件平台对于一般码率（30Mbps以下）4K/HDR视频基本上能实现流畅硬件转码，包括色调映射（虽然转码帧率不高）；对于高码率4K/HDR视频，需要开启低电压模式，否则无法流畅播放。