Stage Surface暂存表面-特殊的纹理

Stage Surface（暂存表面）是 DirectX 中的一种特殊类型的纹理资源，全称为”Staging Resource”，主要用于GPU 与 CPU 之间的数据传输。

在 OBS Studio 中，gs_stage_surface 类封装了 DirectX 11 的暂存纹理功能，提供了 GPU 到 CPU 的数据传输能力。

核心特性

1. CPU 可访问：

   • 具有 D3D11_CPU_ACCESS_READ 标志，允许 CPU 读取数据
   • 使用 D3D11_USAGE_STAGING 用法，专门用于数据传输

2. 数据传输桥梁：

   • 作为 GPU 资源和 CPU 内存之间的中间缓冲区
   • 支持从 GPU 可写资源复制到 CPU 可读的暂存表面

3. 格式支持：

   • 支持多种颜色格式，如 RGBA、BGRA 等
   • 特别支持 NV12 格式，用于视频编码场景

在 DirectX 中的工作流程

1. 创建暂存表面：配置为 D3D11_USAGE_STAGING 和 D3D11_CPU_ACCESS_READ
2. 从 GPU 复制数据：使用 CopyResource 或 CopySubresourceRegion
3. 映射到 CPU 内存：使用 Map 方法获取 CPU 可访问的指针
4. 读取数据：CPU 读取映射内存中的数据
5. 取消映射：使用 Unmap 方法释放映射

典型应用场景

1. 视频编码：

   • 将渲染结果从 GPU 复制到暂存表面
   • CPU 读取暂存表面数据并传递给编码器
   • 特别支持 NV12 格式，优化视频编码性能

2. 屏幕截图：

   • 捕获当前渲染目标内容
   • 复制到暂存表面并读取数据
   • 保存为图像文件或传输到其他系统

3. 数据处理：

   • CPU 访问 GPU 生成的数据
   • 进行 CPU 端的数据处理或分析
   • 将处理后的数据传回 GPU

4. 调试和分析：

   • 检查 GPU 纹理的实际内容
   • 分析渲染结果的正确性
   • 性能分析和优化

与普通纹理的区别

在 OBS 中的应用

gs_stagesurf_t *copy = video->copy_surfaces[cur_texture][0]；

//将output_texture纹理数据复制到copy中
gs_stage_texture(copy, video->output_texture);

函数如下：

void device_stage_texture(gs_device_t *device, gs_stagesurf_t *dst,
              gs_texture_t *src)
{
        gs_texture_2d *src2d = static_cast<gs_texture_2d *>(src);
        device->CopyTex(dst->texture, 0, 0, src, 0, 0, 0, 0);
}

inline void gs_device::CopyTex(ID3D11Texture2D *dst, uint32_t dst_x,
                   uint32_t dst_y, gs_texture_t *src,
                   uint32_t src_x, uint32_t src_y, uint32_t src_w,
                   uint32_t src_h)
{
    if (src->type != GS_TEXTURE_2D)
        throw "Source texture must be a 2D texture";

    gs_texture_2d *tex2d = static_cast<gs_texture_2d *>(src);

    if (dst_x == 0 && dst_y == 0 && src_x == 0 && src_y == 0 && src_w == 0 && src_h == 0) 
    {
        context->CopyResource(dst, tex2d->texture);
    }
    else 
    {
        D3D11_BOX sbox;
        sbox.left = src_x;
        if (src_w > 0)
            sbox.right = src_x + src_w;
        else
            sbox.right = tex2d->width - 1;

        sbox.top = src_y;
        if (src_h > 0)
            sbox.bottom = src_y + src_h;
        else
            sbox.bottom = tex2d->height - 1;

        sbox.front = 0;
        sbox.back = 1;

        context->CopySubresourceRegion(dst, 0, dst_x, dst_y, 0,tex2d->texture, 0, &sbox);
    }
}

暂存表面在OBS中创建也是分为2种，一种是普通的，另一种是NV12格式的。

性能考量

• 数据传输开销：从 GPU 到 CPU 的数据传输是相对昂贵的操作
• 异步传输：在可能的情况下，应使用异步传输以减少性能影响
• 格式选择：选择合适的格式（如 NV12）可以减少传输的数据量
• 大小优化：只传输必要的数据，避免不必要的大范围复制

总结

Stage Surface 是 OBS Studio 中实现 GPU 到 CPU 数据传输的关键组件，特别适用于需要 CPU 访问 GPU 渲染结果的场景，如屏幕截图、视频编码和数据处理。通过合理使用 Stage Surface，可以在保证功能的同时，尽可能减少数据传输对性能的影响。