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_VP8:        return cudaVideoCodec_VP8;
  62     case AV_CODEC_ID_VP9:        return cudaVideoCodec_VP9;
  63     case AV_CODEC_ID_WMV3:       return cudaVideoCodec_VC1;
  64     }
  65     return -1;
  66 }
  67
  68 static int map_chroma_format(enum AVPixelFormat pix_fmt)
  69 {
  70     int shift_h = 0, shift_v = 0;
  71
  72     av_pix_fmt_get_chroma_sub_sample(pix_fmt, &shift_h, &shift_v);
  73
  74     if (shift_h == 1 && shift_v == 1)
  75         return cudaVideoChromaFormat_420;
  76     else if (shift_h == 1 && shift_v == 0)
  77         return cudaVideoChromaFormat_422;
  78     else if (shift_h == 0 && shift_v == 0)
  79         return cudaVideoChromaFormat_444;
  80
  81     return -1;
  82 }
  83
  84 static int nvdec_test_capabilities(NVDECDecoder *decoder,
  85                                    CUVIDDECODECREATEINFO *params, void *logctx)
  86 {
  87     CUresult err;
  88     CUVIDDECODECAPS caps = { 0 };
  89
  90     caps.eCodecType      = params->CodecType;
  91     caps.eChromaFormat   = params->ChromaFormat;
  92     caps.nBitDepthMinus8 = params->bitDepthMinus8;
  93
  94     if (!decoder->cvdl->cuvidGetDecoderCaps) {
  95         av_log(logctx, AV_LOG_WARNING, "Used Nvidia driver is too old to perform a capability check.\n");
  96         av_log(logctx, AV_LOG_WARNING, "The minimum required version is "
  97 #if defined(_WIN32) || defined(__CYGWIN__)
  98             "378.66"
  99 #else
 100             "378.13"
 101 #endif
 102             ". Continuing blind.\n");
 103         return 0;
 104     }
 105
 106     err = decoder->cvdl->cuvidGetDecoderCaps(&caps);
 107     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 108         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Failed querying decoder capabilities\n");
 109         return AVERROR_UNKNOWN;
 110     }
 111
 112     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "NVDEC capabilities:\n");
 113     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "format supported: %s, max_mb_count: %d\n",
 114            caps.bIsSupported ? "yes" : "no", caps.nMaxMBCount);
 115     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "min_width: %d, max_width: %d\n",
 116            caps.nMinWidth, caps.nMaxWidth);
 117     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "min_height: %d, max_height: %d\n",
 118            caps.nMinHeight, caps.nMaxHeight);
 119
 120     if (!caps.bIsSupported) {
 121         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Hardware is lacking required capabilities\n");
 122         return AVERROR(EINVAL);
 123     }
 124
 125     if (params->ulWidth > caps.nMaxWidth || params->ulWidth < caps.nMinWidth) {
 126         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video width %d not within range from %d to %d\n",
 127                (int)params->ulWidth, caps.nMinWidth, caps.nMaxWidth);
 128         return AVERROR(EINVAL);
 129     }
 130
 131     if (params->ulHeight > caps.nMaxHeight || params->ulHeight < caps.nMinHeight) {
 132         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video height %d not within range from %d to %d\n",
 133                (int)params->ulHeight, caps.nMinHeight, caps.nMaxHeight);
 134         return AVERROR(EINVAL);
 135     }
 136
 137     if ((params->ulWidth * params->ulHeight) / 256 > caps.nMaxMBCount) {
 138         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video macroblock count %d exceeds maximum of %d\n",
 139                (int)(params->ulWidth * params->ulHeight) / 256, caps.nMaxMBCount);
 140         return AVERROR(EINVAL);
 141     }
 142
 143     return 0;
 144 }
 145
 146 static void nvdec_decoder_free(void *opaque, uint8_t *data)
 147 {
 148     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)data;
 149
 150     if (decoder->decoder)
 151         decoder->cvdl->cuvidDestroyDecoder(decoder->decoder);
 152
 153     av_buffer_unref(&decoder->hw_device_ref);
 154
 155     cuvid_free_functions(&decoder->cvdl);
 156
 157     av_freep(&decoder);
 158 }
 159
 160 static int nvdec_decoder_create(AVBufferRef **out, AVBufferRef *hw_device_ref,
 161                                 CUVIDDECODECREATEINFO *params, void *logctx)
 162 {
 163     AVHWDeviceContext  *hw_device_ctx = (AVHWDeviceContext*)hw_device_ref->data;
 164     AVCUDADeviceContext *device_hwctx = hw_device_ctx->hwctx;
 165
 166     AVBufferRef *decoder_ref;
 167     NVDECDecoder *decoder;
 168
 169     CUcontext dummy;
 170     CUresult err;
 171     int ret;
 172
 173     decoder = av_mallocz(sizeof(*decoder));
 174     if (!decoder)
 175         return AVERROR(ENOMEM);
 176
 177     decoder_ref = av_buffer_create((uint8_t*)decoder, sizeof(*decoder),
 178                                    nvdec_decoder_free, NULL, AV_BUFFER_FLAG_READONLY);
 179     if (!decoder_ref) {
 180         av_freep(&decoder);
 181         return AVERROR(ENOMEM);
 182     }
 183
 184     decoder->hw_device_ref = av_buffer_ref(hw_device_ref);
 185     if (!decoder->hw_device_ref) {
 186         ret = AVERROR(ENOMEM);
 187         goto fail;
 188     }
 189     decoder->cuda_ctx = device_hwctx->cuda_ctx;
 190     decoder->cudl = device_hwctx->internal->cuda_dl;
 191
 192     ret = cuvid_load_functions(&decoder->cvdl, logctx);
 193     if (ret < 0) {
 194         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Failed loading nvcuvid.\n");
 195         goto fail;
 196     }
 197
 198     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 199     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 200         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 201         goto fail;
 202     }
 203
 204     ret = nvdec_test_capabilities(decoder, params, logctx);
 205     if (ret < 0) {
 206         decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 207         goto fail;
 208     }
 209
 210     err = decoder->cvdl->cuvidCreateDecoder(&decoder->decoder, params);
 211
 212     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 213
 214     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 215         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error creating a NVDEC decoder: %d\n", err);
 216         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 217         goto fail;
 218     }
 219
 220     *out = decoder_ref;
 221
 222     return 0;
 223 fail:
 224     av_buffer_unref(&decoder_ref);
 225     return ret;
 226 }
 227
 228 static AVBufferRef *nvdec_decoder_frame_alloc(void *opaque, int size)
 229 {
 230     NVDECFramePool *pool = opaque;
 231     AVBufferRef *ret;
 232
 233     if (pool->nb_allocated >= pool->dpb_size)
 234         return NULL;
 235
 236     ret = av_buffer_alloc(sizeof(unsigned int));
 237     if (!ret)
 238         return NULL;
 239
 240     *(unsigned int*)ret->data = pool->nb_allocated++;
 241
 242     return ret;
 243 }
 244
 245 int ff_nvdec_decode_uninit(AVCodecContext *avctx)
 246 {
 247     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 248
 249     av_freep(&ctx->bitstream);
 250     ctx->bitstream_len       = 0;
 251     ctx->bitstream_allocated = 0;
 252
 253     av_freep(&ctx->slice_offsets);
 254     ctx->nb_slices               = 0;
 255     ctx->slice_offsets_allocated = 0;
 256
 257     av_buffer_unref(&ctx->decoder_ref);
 258     av_buffer_pool_uninit(&ctx->decoder_pool);
 259
 260     return 0;
 261 }
 262
 263 int ff_nvdec_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 264 {
 265     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 266
 267     NVDECFramePool      *pool;
 268     AVHWFramesContext   *frames_ctx;
 269     const AVPixFmtDescriptor *sw_desc;
 270
 271     CUVIDDECODECREATEINFO params = { 0 };
 272
 273     int cuvid_codec_type, cuvid_chroma_format;
 274     int ret = 0;
 275
 276     sw_desc = av_pix_fmt_desc_get(avctx->sw_pix_fmt);
 277     if (!sw_desc)
 278         return AVERROR_BUG;
 279
 280     cuvid_codec_type = map_avcodec_id(avctx->codec_id);
 281     if (cuvid_codec_type < 0) {
 282         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported codec ID\n");
 283         return AVERROR_BUG;
 284     }
 285
 286     cuvid_chroma_format = map_chroma_format(avctx->sw_pix_fmt);
 287     if (cuvid_chroma_format < 0) {
 288         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported chroma format\n");
 289         return AVERROR(ENOSYS);
 290     }
 291
 292     if (!avctx->hw_frames_ctx) {
 293         ret = ff_decode_get_hw_frames_ctx(avctx, AV_HWDEVICE_TYPE_CUDA);
 294         if (ret < 0)
 295             return ret;
 296     }
 297
 298     frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
 299
 300     params.ulWidth             = avctx->coded_width;
 301     params.ulHeight            = avctx->coded_height;
 302     params.ulTargetWidth       = avctx->coded_width;
 303     params.ulTargetHeight      = avctx->coded_height;
 304     params.bitDepthMinus8      = sw_desc->comp[0].depth - 8;
 305     params.OutputFormat        = params.bitDepthMinus8 ?
 306                                  cudaVideoSurfaceFormat_P016 : cudaVideoSurfaceFormat_NV12;
 307     params.CodecType           = cuvid_codec_type;
 308     params.ChromaFormat        = cuvid_chroma_format;
 309     params.ulNumDecodeSurfaces = frames_ctx->initial_pool_size;
 310     params.ulNumOutputSurfaces = 1;
 311
 312     ret = nvdec_decoder_create(&ctx->decoder_ref, frames_ctx->device_ref, &params, avctx);
 313     if (ret < 0) {
 314         if (params.ulNumDecodeSurfaces > 32) {
 315             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Using more than 32 (%d) decode surfaces might cause nvdec to fail.\n",
 316                    (int)params.ulNumDecodeSurfaces);
 317             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Try lowering the amount of threads. Using %d right now.\n",
 318                    avctx->thread_count);
 319         }
 320         return ret;
 321     }
 322
 323     pool = av_mallocz(sizeof(*pool));
 324     if (!pool) {
 325         ret = AVERROR(ENOMEM);
 326         goto fail;
 327     }
 328     pool->dpb_size = frames_ctx->initial_pool_size;
 329
 330     ctx->decoder_pool = av_buffer_pool_init2(sizeof(int), pool,
 331                                              nvdec_decoder_frame_alloc, av_free);
 332     if (!ctx->decoder_pool) {
 333         ret = AVERROR(ENOMEM);
 334         goto fail;
 335     }
 336
 337     return 0;
 338 fail:
 339     ff_nvdec_decode_uninit(avctx);
 340     return ret;
 341 }
 342
 343 static void nvdec_fdd_priv_free(void *priv)
 344 {
 345     NVDECFrame *cf = priv;
 346
 347     if (!cf)
 348         return;
 349
 350     av_buffer_unref(&cf->idx_ref);
 351     av_buffer_unref(&cf->decoder_ref);
 352
 353     av_freep(&priv);
 354 }
 355
 356 static int nvdec_retrieve_data(void *logctx, AVFrame *frame)
 357 {
 358     FrameDecodeData  *fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 359     NVDECFrame        *cf = (NVDECFrame*)fdd->hwaccel_priv;
 360     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)cf->decoder_ref->data;
 361
 362     CUVIDPROCPARAMS vpp = { .progressive_frame = 1 };
 363
 364     CUresult err;
 365     CUcontext dummy;
 366     CUdeviceptr devptr;
 367
 368     unsigned int pitch, i;
 369     unsigned int offset = 0;
 370     int ret = 0;
 371
 372     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 373     if (err != CUDA_SUCCESS)
 374         return AVERROR_UNKNOWN;
 375
 376     err = decoder->cvdl->cuvidMapVideoFrame(decoder->decoder, cf->idx, &devptr,
 377                                             &pitch, &vpp);
 378     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 379         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error mapping a picture with CUVID: %d\n",
 380                err);
 381         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 382         goto finish;
 383     }
 384
 385     for (i = 0; frame->data[i]; i++) {
 386         CUDA_MEMCPY2D cpy = {
 387             .srcMemoryType = CU_MEMORYTYPE_DEVICE,
 388             .dstMemoryType = CU_MEMORYTYPE_DEVICE,
 389             .srcDevice     = devptr,
 390             .dstDevice     = (CUdeviceptr)frame->data[i],
 391             .srcPitch      = pitch,
 392             .dstPitch      = frame->linesize[i],
 393             .srcY          = offset,
 394             .WidthInBytes  = FFMIN(pitch, frame->linesize[i]),
 395             .Height        = frame->height >> (i ? 1 : 0),
 396         };
 397
 398         err = decoder->cudl->cuMemcpy2D(&cpy);
 399         if (err != CUDA_SUCCESS) {
 400             av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error copying decoded frame: %d\n",
 401                    err);
 402             ret = AVERROR_UNKNOWN;
 403             goto copy_fail;
 404         }
 405
 406         offset += cpy.Height;
 407     }
 408
 409 copy_fail:
 410     decoder->cvdl->cuvidUnmapVideoFrame(decoder->decoder, devptr);
 411
 412 finish:
 413     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 414     return ret;
 415 }
 416
 417 int ff_nvdec_start_frame(AVCodecContext *avctx, AVFrame *frame)
 418 {
 419     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 420     FrameDecodeData *fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 421     NVDECFrame *cf = NULL;
 422     int ret;
 423
 424     ctx->bitstream_len = 0;
 425     ctx->nb_slices     = 0;
 426
 427     if (fdd->hwaccel_priv)
 428         return 0;
 429
 430     cf = av_mallocz(sizeof(*cf));
 431     if (!cf)
 432         return AVERROR(ENOMEM);
 433
 434     cf->decoder_ref = av_buffer_ref(ctx->decoder_ref);
 435     if (!cf->decoder_ref) {
 436         ret = AVERROR(ENOMEM);
 437         goto fail;
 438     }
 439
 440     cf->idx_ref = av_buffer_pool_get(ctx->decoder_pool);
 441     if (!cf->idx_ref) {
 442         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No decoder surfaces left\n");
 443         ret = AVERROR(ENOMEM);
 444         goto fail;
 445     }
 446     cf->idx = *(unsigned int*)cf->idx_ref->data;
 447
 448     fdd->hwaccel_priv      = cf;
 449     fdd->hwaccel_priv_free = nvdec_fdd_priv_free;
 450     fdd->post_process      = nvdec_retrieve_data;
 451
 452     return 0;
 453 fail:
 454     nvdec_fdd_priv_free(cf);
 455     return ret;
 456
 457 }
 458
 459 int ff_nvdec_end_frame(AVCodecContext *avctx)
 460 {
 461     NVDECContext     *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 462     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)ctx->decoder_ref->data;
 463     CUVIDPICPARAMS    *pp = &ctx->pic_params;
 464
 465     CUresult err;
 466     CUcontext dummy;
 467
 468     int ret = 0;
 469
 470     pp->nBitstreamDataLen = ctx->bitstream_len;
 471     pp->pBitstreamData    = ctx->bitstream;
 472     pp->nNumSlices        = ctx->nb_slices;
 473     pp->pSliceDataOffsets = ctx->slice_offsets;
 474
 475     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 476     if (err != CUDA_SUCCESS)
 477         return AVERROR_UNKNOWN;
 478
 479     err = decoder->cvdl->cuvidDecodePicture(decoder->decoder, &ctx->pic_params);
 480     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 481         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error decoding a picture with NVDEC: %d\n",
 482                err);
 483         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 484         goto finish;
 485     }
 486
 487 finish:
 488     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 489
 490     return ret;
 491 }
 492
 493 int ff_nvdec_simple_end_frame(AVCodecContext *avctx)
 494 {
 495     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 496     int ret = ff_nvdec_end_frame(avctx);
 497     ctx->bitstream = NULL;
 498     return ret;
 499 }
 500
 501 int ff_nvdec_simple_decode_slice(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buffer,
 502                                  uint32_t size)
 503 {
 504     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 505     void *tmp;
 506
 507     tmp = av_fast_realloc(ctx->slice_offsets, &ctx->slice_offsets_allocated,
 508                           (ctx->nb_slices + 1) * sizeof(*ctx->slice_offsets));
 509     if (!tmp)
 510         return AVERROR(ENOMEM);
 511     ctx->slice_offsets = tmp;
 512
 513     if (!ctx->bitstream)
 514         ctx->bitstream = (uint8_t*)buffer;
 515
 516     ctx->slice_offsets[ctx->nb_slices] = buffer - ctx->bitstream;
 517     ctx->bitstream_len += size;
 518     ctx->nb_slices++;
 519
 520     return 0;
 521 }
 522
 523 int ff_nvdec_frame_params(AVCodecContext *avctx,
 524                           AVBufferRef *hw_frames_ctx,
 525                           int dpb_size)
 526 {
 527     AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)hw_frames_ctx->data;
 528     const AVPixFmtDescriptor *sw_desc;
 529     int cuvid_codec_type, cuvid_chroma_format;
 530
 531     sw_desc = av_pix_fmt_desc_get(avctx->sw_pix_fmt);
 532     if (!sw_desc)
 533         return AVERROR_BUG;
 534
 535     cuvid_codec_type = map_avcodec_id(avctx->codec_id);
 536     if (cuvid_codec_type < 0) {
 537         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported codec ID\n");
 538         return AVERROR_BUG;
 539     }
 540
 541     cuvid_chroma_format = map_chroma_format(avctx->sw_pix_fmt);
 542     if (cuvid_chroma_format < 0) {
 543         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Unsupported chroma format\n");
 544         return AVERROR(EINVAL);
 545     }
 546
 547     frames_ctx->format            = AV_PIX_FMT_CUDA;
 548     frames_ctx->width             = (avctx->coded_width + 1) & ~1;
 549     frames_ctx->height            = (avctx->coded_height + 1) & ~1;
 550     frames_ctx->initial_pool_size = dpb_size;
 551
 552     switch (sw_desc->comp[0].depth) {
 553     case 8:
 554         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_NV12;
 555         break;
 556     case 10:
 557         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_P010;
 558         break;
 559     case 12:
 560         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_P016;
 561         break;
 562     default:
 563         return AVERROR(EINVAL);
 564     }
 565
 566     return 0;
 567 }
 568
 569 int ff_nvdec_get_ref_idx(AVFrame *frame)
 570 {
 571     FrameDecodeData *fdd;
 572     NVDECFrame *cf;
 573
 574     if (!frame || !frame->private_ref)
 575         return -1;
 576
 577     fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 578     cf  = (NVDECFrame*)fdd->hwaccel_priv;
 579     if (!cf)
 580         return -1;
 581
 582     return cf->idx;
 583 }