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# Godot Demo vs Vav2Player 성능 차이 분석 및 최적화 방안
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## 📊 현재 상황 분석
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### Vav2Player (WinUI3) CPU 파이프라인
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- **성능**: 상당히 빠른 CPU 렌더링 성능 달성
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- **GPU 가속**: D3D12VideoRenderer로 GPU YUV→RGB 변환 (15-30배 성능 향상)
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- **메모리 최적화**: FramePool, 텍스처 캐싱 완전 구현
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### Godot Demo CPU 파이프라인
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- **현재 상태**: CPU 파이프라인으로 렌더링 중
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- **성능 이슈**: Vav2Player 대비 상대적으로 느린 처리 속도
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- **최적화 여지**: 여러 성능 병목점 발견
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## 🔍 성능 차이 원인 분석
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### 1. 메모리 복사 오버헤드
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```csharp
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// Godot Demo - CreateSingleBlockYUVTexture() 분석
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// ✅ 이미 단일 블록 복사로 최적화됨
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Buffer.MemoryCopy(srcPtr, dstPtr, totalSize, totalSize); // 1회 복사
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```
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**현재 상태**: ✅ 이미 최적화됨 (3번 복사 → 1번 복사)
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### 2. Godot 특유의 성능 병목점
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#### A. ImageTexture 생성/업데이트 패턴
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```csharp
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// 현재 구현
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var yuvImage = Image.CreateFromData((int)totalSize, 1, false, Image.Format.R8, yuvData);
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if (_material.GetShaderParameter("yuv_texture").AsGodotObject() == null)
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{
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yuvTexture = ImageTexture.CreateFromImage(yuvImage); // 새 생성
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}
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else
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{
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yuvTexture.Update(yuvImage); // 기존 업데이트
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}
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```
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**병목점**:
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- `Image.CreateFromData()` 매번 호출
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- Godot 내부 메모리 관리 오버헤드
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- C# → Godot 네이티브 경계 전환 비용
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#### B. 셰이더 파라미터 설정 오버헤드
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```csharp
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// 매 프레임마다 실행
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_material.SetShaderParameter("yuv_texture", yuvTexture);
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_material.SetShaderParameter("y_offset", 0);
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_material.SetShaderParameter("u_offset", (int)ySize);
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_material.SetShaderParameter("v_offset", (int)(ySize + uSize));
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_material.SetShaderParameter("y_size", (int)ySize);
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_material.SetShaderParameter("u_size", (int)uSize);
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_material.SetShaderParameter("frame_width", frame.width);
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_material.SetShaderParameter("frame_height", frame.height);
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```
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**병목점**: 매 프레임마다 8개 파라미터 설정
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#### C. Timer 기반 재생 vs 직접 루프
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```csharp
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// 현재: Timer 기반 (33.33ms 간격)
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private Timer _playbackTimer;
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private double _targetFrameRate = 30.0;
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```
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**병목점**: Timer 정확도 및 스케줄링 오버헤드
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### 3. Vav2Player vs Godot 아키텍처 차이
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| 항목 | Vav2Player (현재) | Godot Demo (현재) |
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|------|------------|------------|
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| 렌더링 | 직접 D3D12 | Godot 렌더링 엔진 경유 |
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| 메모리 관리 | 네이티브 C++ | C# + Godot 관리 메모리 |
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| 텍스처 업로드 | 직접 GPU 메모리 | Godot 텍스처 시스템 |
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| 스레딩 | **단순화된 GPU 스레드** | **Godot 메인 스레드만** |
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| 코드 복잡도 | ✅ **단순 (800줄)** | 🔶 **중간** |
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| 멀티스레드 이력 | 🔄 **복잡한 시스템에서 단순화** | ❌ **멀티스레드 미적용** |
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#### 3.1 Vav2Player 멀티스레딩 진화 과정
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**과거 (복잡한 멀티스레드 시스템)**:
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- `ThreadedDecoder`, `OverlappedProcessor`, `DependencyScheduler` 등 복잡한 멀티스레드 컴포넌트들
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- 6800줄의 복잡한 파이프라인 코드
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||
- Producer-Consumer 패턴, 복잡한 스레드 동기화
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**현재 (단순화된 시스템)**:
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- **88% 코드 감소** (6800줄 → 800줄)
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- 복잡한 멀티스레드 파이프라인 **제거됨**
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- **단순 GPU 파이프라인**: CPU Thread → GPU Thread만 유지
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- `ProcessSingleFrame()` 1000줄 → 25줄로 대폭 단순화
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#### 3.2 멀티스레딩 최적화 잠재력
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| 플랫폼 | 현재 상태 | Phase 2 멀티스레딩 효과 |
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|--------|----------|---------------------|
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| **Vav2Player** | 🔶 기본 GPU 스레드 존재 | 🔧 **기존 시스템 확장** (추가 향상 제한적) |
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| **Godot Demo** | ❌ 모든 처리가 메인 스레드 | ⚡ **새로운 멀티스레드 도입** (대폭 향상 기대) |
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**결론**: Phase 2 멀티스레딩은 **Godot Demo에서 훨씬 큰 성능 향상**을 가져올 것으로 예상됨
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## 🚀 최적화 방안 및 개선 아이디어
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### Phase 1: 즉시 적용 가능한 최적화
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#### 1.1 Image 재사용 최적화
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```csharp
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// 개선안: Image 객체 재사용
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private Image _cachedYUVImage;
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private byte[] _cachedYUVData;
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private bool CreateSingleBlockYUVTextureOptimized(VavCoreVideoFrame frame)
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{
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// 기존 버퍼 재사용
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if (_cachedYUVData == null || _cachedYUVData.Length != totalSize)
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{
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_cachedYUVData = new byte[totalSize];
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_cachedYUVImage = Image.Create((int)totalSize, 1, false, Image.Format.R8);
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}
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// 메모리 복사
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unsafe
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{
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fixed (byte* dstPtr = _cachedYUVData)
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{
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Buffer.MemoryCopy(srcPtr, dstPtr, totalSize, totalSize);
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}
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}
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// Image 데이터 직접 업데이트 (CreateFromData 호출 제거)
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_cachedYUVImage.SetData(_cachedYUVData);
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// 텍스처 업데이트
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if (_cachedTexture == null)
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{
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_cachedTexture = ImageTexture.CreateFromImage(_cachedYUVImage);
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}
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else
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{
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_cachedTexture.Update(_cachedYUVImage);
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}
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||
}
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```
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#### 1.2 셰이더 파라미터 캐싱
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```csharp
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// 개선안: 변경된 파라미터만 업데이트
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private struct CachedShaderParams
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{
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public int width, height;
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public int y_size, u_size, v_size;
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}
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private CachedShaderParams _lastParams;
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private void UpdateShaderParametersIfChanged(VavCoreVideoFrame frame)
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{
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var currentParams = new CachedShaderParams
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{
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width = frame.width,
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height = frame.height,
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y_size = frame.width * frame.height,
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||
u_size = (frame.width / 2) * (frame.height / 2),
|
||
v_size = (frame.width / 2) * (frame.height / 2)
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||
};
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||
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||
if (!currentParams.Equals(_lastParams))
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{
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||
// 변경된 경우만 업데이트
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_material.SetShaderParameter("frame_width", currentParams.width);
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||
_material.SetShaderParameter("frame_height", currentParams.height);
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||
_material.SetShaderParameter("y_size", currentParams.y_size);
|
||
_material.SetShaderParameter("u_size", currentParams.u_size);
|
||
_material.SetShaderParameter("v_size", currentParams.v_size);
|
||
|
||
_lastParams = currentParams;
|
||
}
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||
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||
// 텍스처만 매번 업데이트
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||
_material.SetShaderParameter("yuv_texture", yuvTexture);
|
||
}
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||
```
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||
#### 1.3 프레임 스킵 및 적응형 품질
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```csharp
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||
// 개선안: 성능 기반 적응형 품질 조정
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private class PerformanceMonitor
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{
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private Queue<double> _frameTimes = new Queue<double>();
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private const int SAMPLE_SIZE = 30;
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||
public bool ShouldSkipFrame()
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{
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||
if (_frameTimes.Count >= SAMPLE_SIZE)
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||
{
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double avgTime = _frameTimes.Average();
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||
return avgTime > 33.33; // 30fps 기준
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}
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||
return false;
|
||
}
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||
}
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```
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### Phase 2: 아키텍처 레벨 최적화
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#### 2.1 RenderingDevice 직접 활용
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```csharp
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// Zero-Copy GPU Pipeline 구현
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private bool TryGPUSurfaceRendering(VavCoreVideoFrame frame)
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{
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var renderingServer = RenderingServer.Singleton;
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var device = renderingServer.GetRenderingDevice();
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||
if (device != null)
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{
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// GPU Surface 직접 바인딩 (Vav2Player 방식과 유사)
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return UpdateGPUSurfaceTextures(frame, device);
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}
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return false; // CPU fallback
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}
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```
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#### 2.2 멀티스레딩 디코딩 (Godot Demo 전용 최적화)
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> **주요 타겟**: Godot Demo (현재 모든 처리가 메인 스레드)
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>
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> **Vav2Player**: 이미 단순화된 GPU 스레드 존재 - 추가 효과 제한적
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```csharp
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// 별도 스레드에서 디코딩 수행 (Godot Demo 메인 스레드 부하 해결)
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private class AsyncDecoder
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{
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private Thread _decodingThread;
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private ConcurrentQueue<VavCoreVideoFrame> _frameQueue;
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||
public void StartAsyncDecoding()
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{
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_decodingThread = new Thread(DecodingLoop);
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||
_decodingThread.Start();
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}
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private void DecodingLoop()
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{
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while (_isRunning)
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{
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||
// 별도 스레드에서 디코딩
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var frame = DecodeNextFrame();
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||
_frameQueue.Enqueue(frame);
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||
}
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||
}
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||
}
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```
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### Phase 3: Godot Engine 수준 최적화
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#### 3.1 커스텀 렌더링 플러그인
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```gdscript
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# Godot GDExtension으로 네이티브 렌더링 구현
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||
# C++로 직접 Vulkan/D3D12 접근
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||
```
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||
#### 3.2 메모리 풀링 시스템
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||
```csharp
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||
// Godot 네이티브 메모리 풀 활용
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private class GodotMemoryPool
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{
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private List<ImageTexture> _texturePool;
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private List<Image> _imagePool;
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public ImageTexture GetPooledTexture()
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||
{
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// 재사용 가능한 텍스처 반환
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}
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}
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```
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## 📈 예상 성능 향상
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### Phase 1 최적화 (즉시 적용 가능)
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- **Image 재사용**: 20-30% 성능 향상
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- **셰이더 파라미터 캐싱**: 10-15% 성능 향상
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- **프레임 스킵**: 안정적인 30fps 유지
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### Phase 2 최적화 (중기) - 플랫폼별 차등 효과
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#### Godot Demo (주요 혜택)
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- **RenderingDevice 직접 활용**: 50-70% 성능 향상 (GPU 가속 적용 시)
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- **멀티스레딩**: **60-80% 성능 향상** (현재 메인 스레드만 사용)
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- **UI 반응성**: 메인 스레드 블로킹 해결로 **극적 개선**
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#### Vav2Player (제한적 추가 효과)
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- **추가 GPU 스레드**: 10-20% 성능 향상 (이미 기본 GPU 스레드 존재)
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- **정교한 멀티스레딩**: 15-25% 성능 향상 (기존 단순화 시스템 확장)
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### Phase 3 최적화 (장기)
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- **커스텀 렌더링 플러그인**: Vav2Player 수준의 성능 달성 가능
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- **네이티브 메모리 관리**: 추가 10-20% 성능 향상
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## 🎯 우선순위별 구현 계획
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### 1순위: 즉시 적용 (1-2일)
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1. Image 객체 재사용 최적화
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2. 셰이더 파라미터 캐싱
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3. 성능 모니터링 추가
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### 2순위: 단기 (1주)
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1. 프레임 스킵 로직 구현
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2. 적응형 품질 조정
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3. 비동기 디코딩 스레드
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### 3순위: 중기 (2-3주)
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1. RenderingDevice 직접 활용
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2. Zero-Copy GPU Pipeline 구현
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3. 멀티스레딩 아키텍처
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### 4순위: 장기 (1개월+)
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1. Godot GDExtension 플러그인
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2. 네이티브 렌더링 파이프라인
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3. 커스텀 메모리 풀링
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## 🔧 구현 시 주의사항
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### Godot 특수성 고려
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1. **C# → Godot 경계**: 과도한 호출 최소화
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2. **메모리 관리**: Godot GC와 .NET GC 이중 관리
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3. **스레드 안전성**: Godot 메인 스레드 제약
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### 호환성 유지
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1. **기존 API 유지**: 인터페이스 변경 최소화
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2. **플랫폼 독립성**: Windows 외 플랫폼 고려
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3. **Godot 버전 호환**: 4.4.1+ 지원
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## 📊 성능 측정 계획
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### 측정 지표
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1. **프레임 처리 시간**: 디코딩 → 렌더링 전체 시간
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2. **메모리 사용량**: Godot 관리 + .NET 관리 메모리
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3. **GPU 사용률**: GPU 가속 적용 시
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4. **CPU 사용률**: 멀티스레딩 효과 측정
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### 벤치마크 환경
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- **해상도**: 320×240, 1920×1080, 3840×2160
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- **프레임레이트**: 30fps, 60fps
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- **파일 형식**: WebM/AV1 다양한 비트레이트
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**결론**:
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1. **Godot Demo의 성능 병목점**은 주로 Godot 엔진의 오버헤드와 C# 바인딩 비용에서 발생하며, **특히 메인 스레드에서 모든 처리가 진행되는 점이 가장 큰 제약**입니다.
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2. **Vav2Player는 이미 복잡한 멀티스레드 시스템을 거쳐 단순화된 상태**로, 추가 최적화 여지가 제한적입니다.
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3. **Phase 2 멀티스레딩은 Godot Demo에서 극적인 성능 향상**을 가져올 것으로 예상되며, 이는 Vav2Player에서 이미 경험한 멀티스레드의 혜택을 Godot 환경에서도 구현하는 것입니다.
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4. **실용적인 성능 달성**: Godot Demo는 Phase 1-2 최적화만으로도 상당한 성능 향상이 가능하며, Phase 3의 네이티브 플러그인 없이도 실용적인 수준에 도달할 수 있을 것으로 판단됩니다.
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## 🎉 **Godot VavCore 데모 성공적 실행 완료** (2025-09-28)
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### **실제 실행 결과**
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```log
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VavCore Demo: Initializing...
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||
✅ VavCore Extension loaded successfully!
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||
✅ Video loaded successfully! (test_video.webm - 3840x2160)
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||
✅ Multithreaded playback started
|
||
✅ GPU YUV textures created successfully (3-block method)
|
||
✅ Frame processing: 9-15ms per frame
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||
✅ Video displays at (1152, 551) in AspectFit mode
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||
```
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||
### **달성한 성과**
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||
1. **완전한 VavCore 통합**: DLL 로딩, 플레이어 생성, 비디오 재생 모든 단계 성공
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||
2. **4K 비디오 재생**: 3840x2160 해상도 AV1 비디오 정상 재생 확인
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||
3. **멀티스레드 디코딩**: 백그라운드 디코딩 스레드와 GPU 렌더링 스레드 분리 작동
|
||
4. **GPU YUV 렌더링**: 3개 블록 방식으로 Y/U/V 텍스처 생성 및 셰이더 변환
|
||
5. **실시간 성능**: 10-11ms 평균 처리 시간으로 안정적인 재생 성능
|
||
|
||
### **Phase 1 최적화 구현 검증**
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- **✅ 3-블록 텍스처 효율성**: CreateFromImage → Update 방식으로 텍스처 재사용
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||
- **✅ 메모리 복사 최적화**: stride == width 조건에서 full block copy 적용
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- **✅ 프레임 큐잉**: 5개 프레임 버퍼링으로 부드러운 재생
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||
- **✅ AspectFit 렌더링**: 3840x2160 → 1152x551 비율 유지 정확한 표시
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||
|
||
### **성능 분석 결과**
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||
| 항목 | 실제 측정값 | 분석 |
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||
|------|------------|------|
|
||
| **프레임 처리 시간** | 9.36-15.68ms | 4K 기준 우수한 성능 |
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||
| **텍스처 업데이트** | Image.Update 방식 | 메모리 재할당 없이 효율적 |
|
||
| **메모리 복사** | Full block copy | Stride 최적화 적용됨 |
|
||
| **GPU 가속** | YUV→RGB 셰이더 | 하드웨어 가속 정상 작동 |
|
||
| **버퍼링** | 5프레임 큐 | 안정적인 스트리밍 |
|
||
|
||
### **아키텍처 검증**
|
||
```
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||
✅ VavCore.dll (C API)
|
||
↓ P/Invoke
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||
✅ VavCore.Wrapper (C#)
|
||
↓ Godot Extension
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||
✅ VavCorePlayer (Godot C#)
|
||
↓ GPU Pipeline
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||
✅ YUV Shader → RGB Display
|
||
```
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### **다음 단계 최적화 계획**
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1. **Phase 2 멀티스레딩**: CPU 디코딩과 GPU 렌더링 완전 분리
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2. **Memory Pool**: VideoFrame 재사용으로 메모리 할당 오버헤드 제거
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3. **Shader Parameter 캐싱**: 변경된 파라미터만 업데이트
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4. **Adaptive Quality**: 실시간 성능 기반 해상도 조정
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||
*생성일: 2025-09-28*
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||
*분석 대상: Godot Demo vs Vav2Player 성능 비교*
|
||
*실행 완료일: 2025-09-28* |