git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/nvdec.c

   1 /*
   2  * HW decode acceleration through NVDEC
   3  *
   4  * Copyright (c) 2016 Anton Khirnov
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 #include "config.h"
  24
  25 #include "libavutil/common.h"
  26 #include "libavutil/error.h"
  27 #include "libavutil/hwcontext.h"
  28 #include "libavutil/hwcontext_cuda_internal.h"
  29 #include "libavutil/pixdesc.h"
  30 #include "libavutil/pixfmt.h"
  31
  32 #include "avcodec.h"
  33 #include "decode.h"
  34 #include "nvdec.h"
  35 #include "internal.h"
  36
  37 typedef struct NVDECDecoder {
  38     CUvideodecoder decoder;
  39
  40     AVBufferRef *hw_device_ref;
  41     CUcontext    cuda_ctx;
  42
  43     CudaFunctions *cudl;
  44     CuvidFunctions *cvdl;
  45 } NVDECDecoder;
  46
  47 typedef struct NVDECFramePool {
  48     unsigned int dpb_size;
  49     unsigned int nb_allocated;
  50 } NVDECFramePool;
  51
  52 static int map_avcodec_id(enum AVCodecID id)
  53 {
  54     switch (id) {
  55     case AV_CODEC_ID_H264:       return cudaVideoCodec_H264;
  56     case AV_CODEC_ID_HEVC:       return cudaVideoCodec_HEVC;
  57     case AV_CODEC_ID_MPEG1VIDEO: return cudaVideoCodec_MPEG1;
  58     case AV_CODEC_ID_MPEG2VIDEO: return cudaVideoCodec_MPEG2;
  59     case AV_CODEC_ID_MPEG4:      return cudaVideoCodec_MPEG4;
  60     case AV_CODEC_ID_VC1:        return cudaVideoCodec_VC1;
  61     case AV_CODEC_ID_VP9:        return cudaVideoCodec_VP9;
  62     case AV_CODEC_ID_WMV3:       return cudaVideoCodec_VC1;
  63     }
  64     return -1;
  65 }
  66
  67 static int map_chroma_format(enum AVPixelFormat pix_fmt)
  68 {
  69     int shift_h = 0, shift_v = 0;
  70
  71     av_pix_fmt_get_chroma_sub_sample(pix_fmt, &shift_h, &shift_v);
  72
  73     if (shift_h == 1 && shift_v == 1)
  74         return cudaVideoChromaFormat_420;
  75     else if (shift_h == 1 && shift_v == 0)
  76         return cudaVideoChromaFormat_422;
  77     else if (shift_h == 0 && shift_v == 0)
  78         return cudaVideoChromaFormat_444;
  79
  80     return -1;
  81 }
  82
  83 static int nvdec_test_capabilities(NVDECDecoder *decoder,
  84                                    CUVIDDECODECREATEINFO *params, void *logctx)
  85 {
  86     CUresult err;
  87     CUVIDDECODECAPS caps = { 0 };
  88
  89     caps.eCodecType      = params->CodecType;
  90     caps.eChromaFormat   = params->ChromaFormat;
  91     caps.nBitDepthMinus8 = params->bitDepthMinus8;
  92
  93     err = decoder->cvdl->cuvidGetDecoderCaps(&caps);
  94     if (err != CUDA_SUCCESS) {
  95         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Failed querying decoder capabilities\n");
  96         return AVERROR_UNKNOWN;
  97     }
  98
  99     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "NVDEC capabilities:\n");
 100     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "format supported: %s, max_mb_count: %d\n",
 101            caps.bIsSupported ? "yes" : "no", caps.nMaxMBCount);
 102     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "min_width: %d, max_width: %d\n",
 103            caps.nMinWidth, caps.nMaxWidth);
 104     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "min_height: %d, max_height: %d\n",
 105            caps.nMinHeight, caps.nMaxHeight);
 106
 107     if (!caps.bIsSupported) {
 108         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Hardware is lacking required capabilities\n");
 109         return AVERROR(EINVAL);
 110     }
 111
 112     if (params->ulWidth > caps.nMaxWidth || params->ulWidth < caps.nMinWidth) {
 113         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video width %d not within range from %d to %d\n",
 114                (int)params->ulWidth, caps.nMinWidth, caps.nMaxWidth);
 115         return AVERROR(EINVAL);
 116     }
 117
 118     if (params->ulHeight > caps.nMaxHeight || params->ulHeight < caps.nMinHeight) {
 119         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video height %d not within range from %d to %d\n",
 120                (int)params->ulHeight, caps.nMinHeight, caps.nMaxHeight);
 121         return AVERROR(EINVAL);
 122     }
 123
 124     if ((params->ulWidth * params->ulHeight) / 256 > caps.nMaxMBCount) {
 125         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video macroblock count %d exceeds maximum of %d\n",
 126                (int)(params->ulWidth * params->ulHeight) / 256, caps.nMaxMBCount);
 127         return AVERROR(EINVAL);
 128     }
 129
 130     return 0;
 131 }
 132
 133 static void nvdec_decoder_free(void *opaque, uint8_t *data)
 134 {
 135     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)data;
 136
 137     if (decoder->decoder)
 138         decoder->cvdl->cuvidDestroyDecoder(decoder->decoder);
 139
 140     av_buffer_unref(&decoder->hw_device_ref);
 141
 142     cuvid_free_functions(&decoder->cvdl);
 143
 144     av_freep(&decoder);
 145 }
 146
 147 static int nvdec_decoder_create(AVBufferRef **out, AVBufferRef *hw_device_ref,
 148                                 CUVIDDECODECREATEINFO *params, void *logctx)
 149 {
 150     AVHWDeviceContext  *hw_device_ctx = (AVHWDeviceContext*)hw_device_ref->data;
 151     AVCUDADeviceContext *device_hwctx = hw_device_ctx->hwctx;
 152
 153     AVBufferRef *decoder_ref;
 154     NVDECDecoder *decoder;
 155
 156     CUcontext dummy;
 157     CUresult err;
 158     int ret;
 159
 160     decoder = av_mallocz(sizeof(*decoder));
 161     if (!decoder)
 162         return AVERROR(ENOMEM);
 163
 164     decoder_ref = av_buffer_create((uint8_t*)decoder, sizeof(*decoder),
 165                                    nvdec_decoder_free, NULL, AV_BUFFER_FLAG_READONLY);
 166     if (!decoder_ref) {
 167         av_freep(&decoder);
 168         return AVERROR(ENOMEM);
 169     }
 170
 171     decoder->hw_device_ref = av_buffer_ref(hw_device_ref);
 172     if (!decoder->hw_device_ref) {
 173         ret = AVERROR(ENOMEM);
 174         goto fail;
 175     }
 176     decoder->cuda_ctx = device_hwctx->cuda_ctx;
 177     decoder->cudl = device_hwctx->internal->cuda_dl;
 178
 179     ret = cuvid_load_functions(&decoder->cvdl, logctx);
 180     if (ret < 0) {
 181         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Failed loading nvcuvid.\n");
 182         goto fail;
 183     }
 184
 185     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 186     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 187         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 188         goto fail;
 189     }
 190
 191     ret = nvdec_test_capabilities(decoder, params, logctx);
 192     if (ret < 0) {
 193         decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 194         goto fail;
 195     }
 196
 197     err = decoder->cvdl->cuvidCreateDecoder(&decoder->decoder, params);
 198
 199     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 200
 201     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 202         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error creating a NVDEC decoder: %d\n", err);
 203         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 204         goto fail;
 205     }
 206
 207     *out = decoder_ref;
 208
 209     return 0;
 210 fail:
 211     av_buffer_unref(&decoder_ref);
 212     return ret;
 213 }
 214
 215 static AVBufferRef *nvdec_decoder_frame_alloc(void *opaque, int size)
 216 {
 217     NVDECFramePool *pool = opaque;
 218     AVBufferRef *ret;
 219
 220     if (pool->nb_allocated >= pool->dpb_size)
 221         return NULL;
 222
 223     ret = av_buffer_alloc(sizeof(unsigned int));
 224     if (!ret)
 225         return NULL;
 226
 227     *(unsigned int*)ret->data = pool->nb_allocated++;
 228
 229     return ret;
 230 }
 231
 232 int ff_nvdec_decode_uninit(AVCodecContext *avctx)
 233 {
 234     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 235
 236     av_freep(&ctx->bitstream);
 237     ctx->bitstream_len       = 0;
 238     ctx->bitstream_allocated = 0;
 239
 240     av_freep(&ctx->slice_offsets);
 241     ctx->nb_slices               = 0;
 242     ctx->slice_offsets_allocated = 0;
 243
 244     av_buffer_unref(&ctx->decoder_ref);
 245     av_buffer_pool_uninit(&ctx->decoder_pool);
 246
 247     return 0;
 248 }
 249
 250 int ff_nvdec_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 251 {
 252     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 253
 254     NVDECFramePool      *pool;
 255     AVHWFramesContext   *frames_ctx;
 256     const AVPixFmtDescriptor *sw_desc;
 257
 258     CUVIDDECODECREATEINFO params = { 0 };
 259
 260     int cuvid_codec_type, cuvid_chroma_format;
 261     int ret = 0;
 262
 263     sw_desc = av_pix_fmt_desc_get(avctx->sw_pix_fmt);
 264     if (!sw_desc)
 265         return AVERROR_BUG;
 266
 267     cuvid_codec_type = map_avcodec_id(avctx->codec_id);
 268     if (cuvid_codec_type < 0) {
 269         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported codec ID\n");
 270         return AVERROR_BUG;
 271     }
 272
 273     cuvid_chroma_format = map_chroma_format(avctx->sw_pix_fmt);
 274     if (cuvid_chroma_format < 0) {
 275         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported chroma format\n");
 276         return AVERROR(ENOSYS);
 277     }
 278
 279     if (!avctx->hw_frames_ctx) {
 280         ret = ff_decode_get_hw_frames_ctx(avctx, AV_HWDEVICE_TYPE_CUDA);
 281         if (ret < 0)
 282             return ret;
 283     }
 284
 285     frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
 286
 287     params.ulWidth             = avctx->coded_width;
 288     params.ulHeight            = avctx->coded_height;
 289     params.ulTargetWidth       = avctx->coded_width;
 290     params.ulTargetHeight      = avctx->coded_height;
 291     params.bitDepthMinus8      = sw_desc->comp[0].depth - 8;
 292     params.OutputFormat        = params.bitDepthMinus8 ?
 293                                  cudaVideoSurfaceFormat_P016 : cudaVideoSurfaceFormat_NV12;
 294     params.CodecType           = cuvid_codec_type;
 295     params.ChromaFormat        = cuvid_chroma_format;
 296     params.ulNumDecodeSurfaces = frames_ctx->initial_pool_size;
 297     params.ulNumOutputSurfaces = 1;
 298
 299     ret = nvdec_decoder_create(&ctx->decoder_ref, frames_ctx->device_ref, &params, avctx);
 300     if (ret < 0) {
 301         if (params.ulNumDecodeSurfaces > 32) {
 302             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Using more than 32 (%d) decode surfaces might cause nvdec to fail.\n",
 303                    (int)params.ulNumDecodeSurfaces);
 304             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Try lowering the amount of threads. Using %d right now.\n",
 305                    avctx->thread_count);
 306         }
 307         return ret;
 308     }
 309
 310     pool = av_mallocz(sizeof(*pool));
 311     if (!pool) {
 312         ret = AVERROR(ENOMEM);
 313         goto fail;
 314     }
 315     pool->dpb_size = frames_ctx->initial_pool_size;
 316
 317     ctx->decoder_pool = av_buffer_pool_init2(sizeof(int), pool,
 318                                              nvdec_decoder_frame_alloc, av_free);
 319     if (!ctx->decoder_pool) {
 320         ret = AVERROR(ENOMEM);
 321         goto fail;
 322     }
 323
 324     return 0;
 325 fail:
 326     ff_nvdec_decode_uninit(avctx);
 327     return ret;
 328 }
 329
 330 static void nvdec_fdd_priv_free(void *priv)
 331 {
 332     NVDECFrame *cf = priv;
 333
 334     if (!cf)
 335         return;
 336
 337     av_buffer_unref(&cf->idx_ref);
 338     av_buffer_unref(&cf->decoder_ref);
 339
 340     av_freep(&priv);
 341 }
 342
 343 static int nvdec_retrieve_data(void *logctx, AVFrame *frame)
 344 {
 345     FrameDecodeData  *fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 346     NVDECFrame        *cf = (NVDECFrame*)fdd->hwaccel_priv;
 347     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)cf->decoder_ref->data;
 348
 349     CUVIDPROCPARAMS vpp = { .progressive_frame = 1 };
 350
 351     CUresult err;
 352     CUcontext dummy;
 353     CUdeviceptr devptr;
 354
 355     unsigned int pitch, i;
 356     unsigned int offset = 0;
 357     int ret = 0;
 358
 359     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 360     if (err != CUDA_SUCCESS)
 361         return AVERROR_UNKNOWN;
 362
 363     err = decoder->cvdl->cuvidMapVideoFrame(decoder->decoder, cf->idx, &devptr,
 364                                             &pitch, &vpp);
 365     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 366         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error mapping a picture with CUVID: %d\n",
 367                err);
 368         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 369         goto finish;
 370     }
 371
 372     for (i = 0; frame->data[i]; i++) {
 373         CUDA_MEMCPY2D cpy = {
 374             .srcMemoryType = CU_MEMORYTYPE_DEVICE,
 375             .dstMemoryType = CU_MEMORYTYPE_DEVICE,
 376             .srcDevice     = devptr,
 377             .dstDevice     = (CUdeviceptr)frame->data[i],
 378             .srcPitch      = pitch,
 379             .dstPitch      = frame->linesize[i],
 380             .srcY          = offset,
 381             .WidthInBytes  = FFMIN(pitch, frame->linesize[i]),
 382             .Height        = frame->height >> (i ? 1 : 0),
 383         };
 384
 385         err = decoder->cudl->cuMemcpy2D(&cpy);
 386         if (err != CUDA_SUCCESS) {
 387             av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error copying decoded frame: %d\n",
 388                    err);
 389             ret = AVERROR_UNKNOWN;
 390             goto copy_fail;
 391         }
 392
 393         offset += cpy.Height;
 394     }
 395
 396 copy_fail:
 397     decoder->cvdl->cuvidUnmapVideoFrame(decoder->decoder, devptr);
 398
 399 finish:
 400     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 401     return ret;
 402 }
 403
 404 int ff_nvdec_start_frame(AVCodecContext *avctx, AVFrame *frame)
 405 {
 406     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 407     FrameDecodeData *fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 408     NVDECFrame *cf = NULL;
 409     int ret;
 410
 411     ctx->bitstream_len = 0;
 412     ctx->nb_slices     = 0;
 413
 414     if (fdd->hwaccel_priv)
 415         return 0;
 416
 417     cf = av_mallocz(sizeof(*cf));
 418     if (!cf)
 419         return AVERROR(ENOMEM);
 420
 421     cf->decoder_ref = av_buffer_ref(ctx->decoder_ref);
 422     if (!cf->decoder_ref) {
 423         ret = AVERROR(ENOMEM);
 424         goto fail;
 425     }
 426
 427     cf->idx_ref = av_buffer_pool_get(ctx->decoder_pool);
 428     if (!cf->idx_ref) {
 429         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No decoder surfaces left\n");
 430         ret = AVERROR(ENOMEM);
 431         goto fail;
 432     }
 433     cf->idx = *(unsigned int*)cf->idx_ref->data;
 434
 435     fdd->hwaccel_priv      = cf;
 436     fdd->hwaccel_priv_free = nvdec_fdd_priv_free;
 437     fdd->post_process      = nvdec_retrieve_data;
 438
 439     return 0;
 440 fail:
 441     nvdec_fdd_priv_free(cf);
 442     return ret;
 443
 444 }
 445
 446 int ff_nvdec_end_frame(AVCodecContext *avctx)
 447 {
 448     NVDECContext     *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 449     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)ctx->decoder_ref->data;
 450     CUVIDPICPARAMS    *pp = &ctx->pic_params;
 451
 452     CUresult err;
 453     CUcontext dummy;
 454
 455     int ret = 0;
 456
 457     pp->nBitstreamDataLen = ctx->bitstream_len;
 458     pp->pBitstreamData    = ctx->bitstream;
 459     pp->nNumSlices        = ctx->nb_slices;
 460     pp->pSliceDataOffsets = ctx->slice_offsets;
 461
 462     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 463     if (err != CUDA_SUCCESS)
 464         return AVERROR_UNKNOWN;
 465
 466     err = decoder->cvdl->cuvidDecodePicture(decoder->decoder, &ctx->pic_params);
 467     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 468         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error decoding a picture with NVDEC: %d\n",
 469                err);
 470         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 471         goto finish;
 472     }
 473
 474 finish:
 475     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 476
 477     return ret;
 478 }
 479
 480 int ff_nvdec_simple_end_frame(AVCodecContext *avctx)
 481 {
 482     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 483     int ret = ff_nvdec_end_frame(avctx);
 484     ctx->bitstream = NULL;
 485     return ret;
 486 }
 487
 488 int ff_nvdec_simple_decode_slice(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buffer,
 489                                  uint32_t size)
 490 {
 491     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 492     void *tmp;
 493
 494     tmp = av_fast_realloc(ctx->slice_offsets, &ctx->slice_offsets_allocated,
 495                           (ctx->nb_slices + 1) * sizeof(*ctx->slice_offsets));
 496     if (!tmp)
 497         return AVERROR(ENOMEM);
 498     ctx->slice_offsets = tmp;
 499
 500     if (!ctx->bitstream)
 501         ctx->bitstream = (uint8_t*)buffer;
 502
 503     ctx->slice_offsets[ctx->nb_slices] = buffer - ctx->bitstream;
 504     ctx->bitstream_len += size;
 505     ctx->nb_slices++;
 506
 507     return 0;
 508 }
 509
 510 int ff_nvdec_frame_params(AVCodecContext *avctx,
 511                           AVBufferRef *hw_frames_ctx,
 512                           int dpb_size)
 513 {
 514     AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)hw_frames_ctx->data;
 515     const AVPixFmtDescriptor *sw_desc;
 516     int cuvid_codec_type, cuvid_chroma_format;
 517
 518     sw_desc = av_pix_fmt_desc_get(avctx->sw_pix_fmt);
 519     if (!sw_desc)
 520         return AVERROR_BUG;
 521
 522     cuvid_codec_type = map_avcodec_id(avctx->codec_id);
 523     if (cuvid_codec_type < 0) {
 524         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported codec ID\n");
 525         return AVERROR_BUG;
 526     }
 527
 528     cuvid_chroma_format = map_chroma_format(avctx->sw_pix_fmt);
 529     if (cuvid_chroma_format < 0) {
 530         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Unsupported chroma format\n");
 531         return AVERROR(EINVAL);
 532     }
 533
 534     frames_ctx->format            = AV_PIX_FMT_CUDA;
 535     frames_ctx->width             = avctx->coded_width;
 536     frames_ctx->height            = avctx->coded_height;
 537     frames_ctx->initial_pool_size = dpb_size;
 538
 539     switch (sw_desc->comp[0].depth) {
 540     case 8:
 541         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_NV12;
 542         break;
 543     case 10:
 544         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_P010;
 545         break;
 546     case 12:
 547         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_P016;
 548         break;
 549     default:
 550         return AVERROR(EINVAL);
 551     }
 552
 553     return 0;
 554 }
 555
 556 int ff_nvdec_get_ref_idx(AVFrame *frame)
 557 {
 558     FrameDecodeData *fdd;
 559     NVDECFrame *cf;
 560
 561     if (!frame || !frame->private_ref)
 562         return -1;
 563
 564     fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 565     cf  = (NVDECFrame*)fdd->hwaccel_priv;
 566     if (!cf)
 567         return -1;
 568
 569     return cf->idx;
 570 }