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M1 ProのMacBook Proでffmpegを使って4K H.265ハードウェアエンコード速度を検証【videotoolbox vs libx265】

Sun, 05 Jun 2022 00:00:00 +0000

M1 Pro搭載のMacBook ProにffmpegをインストールしたついでにMacのハードウェアエンコード性能を検証してみました。videotoolboxを使ったH.265ハードウェアエンコードと、ソフトウェアエンコード（libx265）の速度・画質・ファイルサイズを比較します。

検証環境

M1 Pro を搭載した MacBook Pro 16インチで検証しました。

使用したMacBook Proのスペック

MacのH.265ハードウェアエンコーダー：videotoolbox

Macでのffmpegハードウェアエンコードは videotoolbox が担当します。ffmpegのビルドオプションに --enable-videotoolbox が含まれていれば利用可能です。

Homebrewでインストールしたffmpegで確認すると、H.264 / H.265 / ProRes がそれぞれvideoToolbox対応になっていることがわかります。

ffmpeg -codecs | grep tool

 DEV.LS h264 H.264 / AVC (encoders: libx264 libx264rgb h264_videotoolbox )
 DEV.L. hevc H.265 / HEVC (encoders: libx265 hevc_videotoolbox )
 DEVIL. prores Apple ProRes (encoders: prores prores_aw prores_ks prores_videotoolbox )

H.265のハードウェアエンコーダーは hevc_videotoolbox です。

検証1：hevc_videotoolbox（デフォルト設定）

夜の港北インターチェンジで撮影した4K（3840×2160）動画でエンコードしてみます。

ffmpeg -i 第三京浜\ 港北インターチェンジ-最大4K.mov \
 -c:v hevc_videotoolbox \
 hevc_videotoolbox_default.mp4

結果：

frame= 1548 fps= 52 q=-0.0 Lsize= 22975kB time=00:00:51.66 bitrate=3642.7kbits/s speed=1.72x

speed=1.72x — 51秒の4K動画を約30秒でエンコード完了。リアルタイム以上の速度です。

デフォルト設定のエンコード結果：ファイルサイズ

ファイルサイズは大幅に削減されました。

デフォルト設定の画質

デフォルト設定の画質：モヤがかかった印象

ファイルサイズに比例して画質は厳しめです。動きが速い映像では破綻が目立ちそうな印象。

検証2：hevc_videotoolbox（品質固定 -q:v 50）

hevc_videotoolbox では -q:v オプション（0〜100、値が大きいほど高品質）で品質を固定できます。Apple Siliconで有効になったオプションで、参考: ffmpeg commit / Stack Overflow解説。

ffmpeg -i 第三京浜\ 港北インターチェンジ-最大4K.mov \
 -c:v hevc_videotoolbox \
 -q:v 50 \
 hevc_videotoolbox_q50.mp4

結果：

frame= 1548 fps= 52 q=-0.0 Lsize= 174735kB time=00:00:51.66 bitrate=27703.6kbits/s speed=1.73x

速度はデフォルトとほぼ変わらず speed=1.73x。ファイルサイズはかなり大きくなります。

品質固定(q=50)のエンコード結果：ファイルサイズ

品質固定 (q=50) の画質

品質固定(q=50)の画質：なかなかいい仕上がり

画面全体が大きく動くシーンでないためか、ほぼ破綻なし。なかなかいい仕上がりです。

検証3：libx265（ソフトウェアエンコード）

比較としてソフトウェアエンコードも試します。

ffmpeg -i ./第三京浜\ 港北インターチェンジ-最大4K.mov \
 -c:v libx265 \
 -crf 28 \
 -preset fast \
 libx265.mp4

結果：

frame= 1548 fps=3.5 q=32.9 Lsize= 24886kB time=00:00:51.66 bitrate=3945.5kbits/s speed=0.116x

speed=0.116x — 51秒の動画のエンコードに約7分半かかりました。

libx265のエンコード結果：驚異的な圧縮率

libx265の画質：文句なしのクオリティ

ファイルサイズはデフォルトのhevc_videotoolboxとほぼ同等でありながら、画質は文句なしのレベルです。

3手法の比較まとめ

エンコーダー	速度	ファイルサイズ	画質
hevc_videotoolbox（デフォルト）	1.72x ⚡	約22MB（小）	△ モヤがかかる
hevc_videotoolbox（-q:v 50）	1.73x ⚡	約171MB（大）	○ 十分実用的
libx265（-crf 28 -preset fast）	0.116x	約24MB（小）	◎ 高画質

ハードウェアエンコードはソフトウェアエンコードの約15倍高速です。なお、エンコード中のCPU占有率は 30〜50% 程度にとどまっていました。

まとめ：用途別の使い分け

配信・急ぎの書き出し → hevc_videotoolbox -q:v 50：速くて十分な画質
画質最優先・時間に余裕がある → libx265 -crf 28：小さいファイルで高画質
とにかく速くファイルサイズを減らしたい → hevc_videotoolbox（デフォルト）：画質は妥協が必要

M1 Pro のvideoToolboxは4Kリアルタイムエンコードも余裕でこなす十分な性能を持っています。用途に合わせて使い分けるのがおすすめです。

MacにffmpegをHomebrewでインストールする手順【コマンド例・動作確認まで】

Wed, 01 Jun 2022 00:00:00 +0000

ffmpeg は動画・音声の変換・エンコード・編集をコマンドラインで行えるオープンソースツールです。macOS では Homebrew を使えば依存関係ごとまとめてインストールできます。

Homebrew のインストール

まだ Homebrew を導入していない場合は、ターミナルに以下を貼り付けて実行します。

/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

ffmpeg のインストール

Homebrew がセットアップ済みであれば、1コマンドでインストールできます。

brew install ffmpeg

brew install ffmpeg の実行中。依存パッケージが自動で解決される

インストールが完了するとすぐに ffmpeg コマンドが使えるようになります。

インストール完了後に ffmpeg -version で動作を確認

動作確認

以下のコマンドでインストール済みのバージョンを確認できます。

ffmpeg -version

ffmpeg version 5.0.1 Copyright (c) 2000-2022 the FFmpeg developers
built with Apple clang version 13.1.6 (clang-1316.0.21.2.5)
libavutil 57. 17.100 / 57. 17.100
libavcodec 59. 18.100 / 59. 18.100
libavformat 59. 16.100 / 59. 16.100

上記はインストール時（2022年）のバージョンです。現在の最新バージョンは ffmpeg.org で確認できます。brew upgrade ffmpeg で最新版に更新できます。

Homebrew 版 ffmpeg で使えるコーデック

Homebrew でインストールした ffmpeg は主要なコーデックがすべて有効化されています。

ffmpeg -codecs | grep -E "h264|hevc|vp9|av1"

Apple Silicon（M1/M2/M3）搭載 Mac では、H.264・H.265 のハードウェアエンコード（h264_videotoolbox / hevc_videotoolbox）も利用できます。ソフトウェアエンコードと比べて大幅に高速です。

よく使うコマンド例

MP4コンテナに変換する（既定設定）：

ffmpeg -i input.mov output.mp4

H.265（HEVC）に変換する：

ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx265 -crf 28 output.mp4

Apple Silicon のハードウェアエンコードを使う：

ffmpeg -i input.mp4 -c:v hevc_videotoolbox -q:v 50 output.mp4