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_VC1:        return cudaVideoCodec_VC1;
  60     case AV_CODEC_ID_VP9:        return cudaVideoCodec_VP9;
  61     case AV_CODEC_ID_WMV3:       return cudaVideoCodec_VC1;
  62     }
  63     return -1;
  64 }
  65
  66 static int map_chroma_format(enum AVPixelFormat pix_fmt)
  67 {
  68     int shift_h = 0, shift_v = 0;
  69
  70     av_pix_fmt_get_chroma_sub_sample(pix_fmt, &shift_h, &shift_v);
  71
  72     if (shift_h == 1 && shift_v == 1)
  73         return cudaVideoChromaFormat_420;
  74     else if (shift_h == 1 && shift_v == 0)
  75         return cudaVideoChromaFormat_422;
  76     else if (shift_h == 0 && shift_v == 0)
  77         return cudaVideoChromaFormat_444;
  78
  79     return -1;
  80 }
  81
  82 static int nvdec_test_capabilities(NVDECDecoder *decoder,
  83                                    CUVIDDECODECREATEINFO *params, void *logctx)
  84 {
  85     CUresult err;
  86     CUVIDDECODECAPS caps = { 0 };
  87
  88     caps.eCodecType      = params->CodecType;
  89     caps.eChromaFormat   = params->ChromaFormat;
  90     caps.nBitDepthMinus8 = params->bitDepthMinus8;
  91
  92     err = decoder->cvdl->cuvidGetDecoderCaps(&caps);
  93     if (err != CUDA_SUCCESS) {
  94         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Failed querying decoder capabilities\n");
  95         return AVERROR_UNKNOWN;
  96     }
  97
  98     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "NVDEC capabilities:\n");
  99     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "format supported: %s, max_mb_count: %d\n",
 100            caps.bIsSupported ? "yes" : "no", caps.nMaxMBCount);
 101     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "min_width: %d, max_width: %d\n",
 102            caps.nMinWidth, caps.nMaxWidth);
 103     av_log(logctx, AV_LOG_VERBOSE, "min_height: %d, max_height: %d\n",
 104            caps.nMinHeight, caps.nMaxHeight);
 105
 106     if (!caps.bIsSupported) {
 107         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Hardware is lacking required capabilities\n");
 108         return AVERROR(EINVAL);
 109     }
 110
 111     if (params->ulWidth > caps.nMaxWidth || params->ulWidth < caps.nMinWidth) {
 112         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video width %d not within range from %d to %d\n",
 113                (int)params->ulWidth, caps.nMinWidth, caps.nMaxWidth);
 114         return AVERROR(EINVAL);
 115     }
 116
 117     if (params->ulHeight > caps.nMaxHeight || params->ulHeight < caps.nMinHeight) {
 118         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video height %d not within range from %d to %d\n",
 119                (int)params->ulHeight, caps.nMinHeight, caps.nMaxHeight);
 120         return AVERROR(EINVAL);
 121     }
 122
 123     if ((params->ulWidth * params->ulHeight) / 256 > caps.nMaxMBCount) {
 124         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Video macroblock count %d exceeds maximum of %d\n",
 125                (int)(params->ulWidth * params->ulHeight) / 256, caps.nMaxMBCount);
 126         return AVERROR(EINVAL);
 127     }
 128
 129     return 0;
 130 }
 131
 132 static void nvdec_decoder_free(void *opaque, uint8_t *data)
 133 {
 134     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)data;
 135
 136     if (decoder->decoder)
 137         decoder->cvdl->cuvidDestroyDecoder(decoder->decoder);
 138
 139     av_buffer_unref(&decoder->hw_device_ref);
 140
 141     cuvid_free_functions(&decoder->cvdl);
 142
 143     av_freep(&decoder);
 144 }
 145
 146 static int nvdec_decoder_create(AVBufferRef **out, AVBufferRef *hw_device_ref,
 147                                 CUVIDDECODECREATEINFO *params, void *logctx)
 148 {
 149     AVHWDeviceContext  *hw_device_ctx = (AVHWDeviceContext*)hw_device_ref->data;
 150     AVCUDADeviceContext *device_hwctx = hw_device_ctx->hwctx;
 151
 152     AVBufferRef *decoder_ref;
 153     NVDECDecoder *decoder;
 154
 155     CUcontext dummy;
 156     CUresult err;
 157     int ret;
 158
 159     decoder = av_mallocz(sizeof(*decoder));
 160     if (!decoder)
 161         return AVERROR(ENOMEM);
 162
 163     decoder_ref = av_buffer_create((uint8_t*)decoder, sizeof(*decoder),
 164                                    nvdec_decoder_free, NULL, AV_BUFFER_FLAG_READONLY);
 165     if (!decoder_ref) {
 166         av_freep(&decoder);
 167         return AVERROR(ENOMEM);
 168     }
 169
 170     decoder->hw_device_ref = av_buffer_ref(hw_device_ref);
 171     if (!decoder->hw_device_ref) {
 172         ret = AVERROR(ENOMEM);
 173         goto fail;
 174     }
 175     decoder->cuda_ctx = device_hwctx->cuda_ctx;
 176     decoder->cudl = device_hwctx->internal->cuda_dl;
 177
 178     ret = cuvid_load_functions(&decoder->cvdl);
 179     if (ret < 0) {
 180         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Failed loading nvcuvid.\n");
 181         goto fail;
 182     }
 183
 184     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 185     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 186         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 187         goto fail;
 188     }
 189
 190     ret = nvdec_test_capabilities(decoder, params, logctx);
 191     if (ret < 0) {
 192         decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 193         goto fail;
 194     }
 195
 196     err = decoder->cvdl->cuvidCreateDecoder(&decoder->decoder, params);
 197
 198     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 199
 200     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 201         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error creating a NVDEC decoder: %d\n", err);
 202         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 203         goto fail;
 204     }
 205
 206     *out = decoder_ref;
 207
 208     return 0;
 209 fail:
 210     av_buffer_unref(&decoder_ref);
 211     return ret;
 212 }
 213
 214 static AVBufferRef *nvdec_decoder_frame_alloc(void *opaque, int size)
 215 {
 216     NVDECFramePool *pool = opaque;
 217     AVBufferRef *ret;
 218
 219     if (pool->nb_allocated >= pool->dpb_size)
 220         return NULL;
 221
 222     ret = av_buffer_alloc(sizeof(unsigned int));
 223     if (!ret)
 224         return NULL;
 225
 226     *(unsigned int*)ret->data = pool->nb_allocated++;
 227
 228     return ret;
 229 }
 230
 231 int ff_nvdec_decode_uninit(AVCodecContext *avctx)
 232 {
 233     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 234
 235     av_freep(&ctx->bitstream);
 236     ctx->bitstream_len       = 0;
 237     ctx->bitstream_allocated = 0;
 238
 239     av_freep(&ctx->slice_offsets);
 240     ctx->nb_slices               = 0;
 241     ctx->slice_offsets_allocated = 0;
 242
 243     av_buffer_unref(&ctx->decoder_ref);
 244     av_buffer_pool_uninit(&ctx->decoder_pool);
 245
 246     return 0;
 247 }
 248
 249 int ff_nvdec_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 250 {
 251     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 252
 253     NVDECFramePool      *pool;
 254     AVHWFramesContext   *frames_ctx;
 255     const AVPixFmtDescriptor *sw_desc;
 256
 257     CUVIDDECODECREATEINFO params = { 0 };
 258
 259     int cuvid_codec_type, cuvid_chroma_format;
 260     int ret = 0;
 261
 262     sw_desc = av_pix_fmt_desc_get(avctx->sw_pix_fmt);
 263     if (!sw_desc)
 264         return AVERROR_BUG;
 265
 266     cuvid_codec_type = map_avcodec_id(avctx->codec_id);
 267     if (cuvid_codec_type < 0) {
 268         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported codec ID\n");
 269         return AVERROR_BUG;
 270     }
 271
 272     cuvid_chroma_format = map_chroma_format(avctx->sw_pix_fmt);
 273     if (cuvid_chroma_format < 0) {
 274         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported chroma format\n");
 275         return AVERROR(ENOSYS);
 276     }
 277
 278     if (!avctx->hw_frames_ctx) {
 279         ret = ff_decode_get_hw_frames_ctx(avctx, AV_HWDEVICE_TYPE_CUDA);
 280         if (ret < 0)
 281             return ret;
 282     }
 283
 284     frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
 285
 286     params.ulWidth             = avctx->coded_width;
 287     params.ulHeight            = avctx->coded_height;
 288     params.ulTargetWidth       = avctx->coded_width;
 289     params.ulTargetHeight      = avctx->coded_height;
 290     params.bitDepthMinus8      = sw_desc->comp[0].depth - 8;
 291     params.OutputFormat        = params.bitDepthMinus8 ?
 292                                  cudaVideoSurfaceFormat_P016 : cudaVideoSurfaceFormat_NV12;
 293     params.CodecType           = cuvid_codec_type;
 294     params.ChromaFormat        = cuvid_chroma_format;
 295     params.ulNumDecodeSurfaces = frames_ctx->initial_pool_size;
 296     params.ulNumOutputSurfaces = 1;
 297
 298     ret = nvdec_decoder_create(&ctx->decoder_ref, frames_ctx->device_ref, &params, avctx);
 299     if (ret < 0) {
 300         if (params.ulNumDecodeSurfaces > 32) {
 301             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Using more than 32 (%d) decode surfaces might cause nvdec to fail.\n",
 302                    (int)params.ulNumDecodeSurfaces);
 303             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Try lowering the amount of threads. Using %d right now.\n",
 304                    avctx->thread_count);
 305         }
 306         return ret;
 307     }
 308
 309     pool = av_mallocz(sizeof(*pool));
 310     if (!pool) {
 311         ret = AVERROR(ENOMEM);
 312         goto fail;
 313     }
 314     pool->dpb_size = frames_ctx->initial_pool_size;
 315
 316     ctx->decoder_pool = av_buffer_pool_init2(sizeof(int), pool,
 317                                              nvdec_decoder_frame_alloc, av_free);
 318     if (!ctx->decoder_pool) {
 319         ret = AVERROR(ENOMEM);
 320         goto fail;
 321     }
 322
 323     return 0;
 324 fail:
 325     ff_nvdec_decode_uninit(avctx);
 326     return ret;
 327 }
 328
 329 static void nvdec_fdd_priv_free(void *priv)
 330 {
 331     NVDECFrame *cf = priv;
 332
 333     if (!cf)
 334         return;
 335
 336     av_buffer_unref(&cf->idx_ref);
 337     av_buffer_unref(&cf->decoder_ref);
 338
 339     av_freep(&priv);
 340 }
 341
 342 static int nvdec_retrieve_data(void *logctx, AVFrame *frame)
 343 {
 344     FrameDecodeData  *fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 345     NVDECFrame        *cf = (NVDECFrame*)fdd->hwaccel_priv;
 346     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)cf->decoder_ref->data;
 347
 348     CUVIDPROCPARAMS vpp = { .progressive_frame = 1 };
 349
 350     CUresult err;
 351     CUcontext dummy;
 352     CUdeviceptr devptr;
 353
 354     unsigned int pitch, i;
 355     unsigned int offset = 0;
 356     int ret = 0;
 357
 358     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 359     if (err != CUDA_SUCCESS)
 360         return AVERROR_UNKNOWN;
 361
 362     err = decoder->cvdl->cuvidMapVideoFrame(decoder->decoder, cf->idx, &devptr,
 363                                             &pitch, &vpp);
 364     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 365         av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error mapping a picture with CUVID: %d\n",
 366                err);
 367         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 368         goto finish;
 369     }
 370
 371     for (i = 0; frame->data[i]; i++) {
 372         CUDA_MEMCPY2D cpy = {
 373             .srcMemoryType = CU_MEMORYTYPE_DEVICE,
 374             .dstMemoryType = CU_MEMORYTYPE_DEVICE,
 375             .srcDevice     = devptr,
 376             .dstDevice     = (CUdeviceptr)frame->data[i],
 377             .srcPitch      = pitch,
 378             .dstPitch      = frame->linesize[i],
 379             .srcY          = offset,
 380             .WidthInBytes  = FFMIN(pitch, frame->linesize[i]),
 381             .Height        = frame->height >> (i ? 1 : 0),
 382         };
 383
 384         err = decoder->cudl->cuMemcpy2D(&cpy);
 385         if (err != CUDA_SUCCESS) {
 386             av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Error copying decoded frame: %d\n",
 387                    err);
 388             ret = AVERROR_UNKNOWN;
 389             goto copy_fail;
 390         }
 391
 392         offset += cpy.Height;
 393     }
 394
 395 copy_fail:
 396     decoder->cvdl->cuvidUnmapVideoFrame(decoder->decoder, devptr);
 397
 398 finish:
 399     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 400     return ret;
 401 }
 402
 403 int ff_nvdec_start_frame(AVCodecContext *avctx, AVFrame *frame)
 404 {
 405     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 406     FrameDecodeData *fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 407     NVDECFrame *cf = NULL;
 408     int ret;
 409
 410     ctx->bitstream_len = 0;
 411     ctx->nb_slices     = 0;
 412
 413     if (fdd->hwaccel_priv)
 414         return 0;
 415
 416     cf = av_mallocz(sizeof(*cf));
 417     if (!cf)
 418         return AVERROR(ENOMEM);
 419
 420     cf->decoder_ref = av_buffer_ref(ctx->decoder_ref);
 421     if (!cf->decoder_ref) {
 422         ret = AVERROR(ENOMEM);
 423         goto fail;
 424     }
 425
 426     cf->idx_ref = av_buffer_pool_get(ctx->decoder_pool);
 427     if (!cf->idx_ref) {
 428         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No decoder surfaces left\n");
 429         ret = AVERROR(ENOMEM);
 430         goto fail;
 431     }
 432     cf->idx = *(unsigned int*)cf->idx_ref->data;
 433
 434     fdd->hwaccel_priv      = cf;
 435     fdd->hwaccel_priv_free = nvdec_fdd_priv_free;
 436     fdd->post_process      = nvdec_retrieve_data;
 437
 438     return 0;
 439 fail:
 440     nvdec_fdd_priv_free(cf);
 441     return ret;
 442
 443 }
 444
 445 int ff_nvdec_end_frame(AVCodecContext *avctx)
 446 {
 447     NVDECContext     *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 448     NVDECDecoder *decoder = (NVDECDecoder*)ctx->decoder_ref->data;
 449     CUVIDPICPARAMS    *pp = &ctx->pic_params;
 450
 451     CUresult err;
 452     CUcontext dummy;
 453
 454     int ret = 0;
 455
 456     pp->nBitstreamDataLen = ctx->bitstream_len;
 457     pp->pBitstreamData    = ctx->bitstream;
 458     pp->nNumSlices        = ctx->nb_slices;
 459     pp->pSliceDataOffsets = ctx->slice_offsets;
 460
 461     err = decoder->cudl->cuCtxPushCurrent(decoder->cuda_ctx);
 462     if (err != CUDA_SUCCESS)
 463         return AVERROR_UNKNOWN;
 464
 465     err = decoder->cvdl->cuvidDecodePicture(decoder->decoder, &ctx->pic_params);
 466     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 467         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error decoding a picture with NVDEC: %d\n",
 468                err);
 469         ret = AVERROR_UNKNOWN;
 470         goto finish;
 471     }
 472
 473 finish:
 474     decoder->cudl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
 475
 476     return ret;
 477 }
 478
 479 int ff_nvdec_simple_end_frame(AVCodecContext *avctx)
 480 {
 481     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 482     int ret = ff_nvdec_end_frame(avctx);
 483     ctx->bitstream = NULL;
 484     return ret;
 485 }
 486
 487 int ff_nvdec_simple_decode_slice(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buffer,
 488                                  uint32_t size)
 489 {
 490     NVDECContext *ctx = avctx->internal->hwaccel_priv_data;
 491     void *tmp;
 492
 493     tmp = av_fast_realloc(ctx->slice_offsets, &ctx->slice_offsets_allocated,
 494                           (ctx->nb_slices + 1) * sizeof(*ctx->slice_offsets));
 495     if (!tmp)
 496         return AVERROR(ENOMEM);
 497     ctx->slice_offsets = tmp;
 498
 499     if (!ctx->bitstream)
 500         ctx->bitstream = (uint8_t*)buffer;
 501
 502     ctx->slice_offsets[ctx->nb_slices] = buffer - ctx->bitstream;
 503     ctx->bitstream_len += size;
 504     ctx->nb_slices++;
 505
 506     return 0;
 507 }
 508
 509 int ff_nvdec_frame_params(AVCodecContext *avctx,
 510                           AVBufferRef *hw_frames_ctx,
 511                           int dpb_size)
 512 {
 513     AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)hw_frames_ctx->data;
 514     const AVPixFmtDescriptor *sw_desc;
 515     int cuvid_codec_type, cuvid_chroma_format;
 516
 517     sw_desc = av_pix_fmt_desc_get(avctx->sw_pix_fmt);
 518     if (!sw_desc)
 519         return AVERROR_BUG;
 520
 521     cuvid_codec_type = map_avcodec_id(avctx->codec_id);
 522     if (cuvid_codec_type < 0) {
 523         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported codec ID\n");
 524         return AVERROR_BUG;
 525     }
 526
 527     cuvid_chroma_format = map_chroma_format(avctx->sw_pix_fmt);
 528     if (cuvid_chroma_format < 0) {
 529         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Unsupported chroma format\n");
 530         return AVERROR(EINVAL);
 531     }
 532
 533     frames_ctx->format            = AV_PIX_FMT_CUDA;
 534     frames_ctx->width             = avctx->coded_width;
 535     frames_ctx->height            = avctx->coded_height;
 536     frames_ctx->initial_pool_size = dpb_size;
 537
 538     switch (sw_desc->comp[0].depth) {
 539     case 8:
 540         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_NV12;
 541         break;
 542     case 10:
 543         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_P010;
 544         break;
 545     case 12:
 546         frames_ctx->sw_format = AV_PIX_FMT_P016;
 547         break;
 548     default:
 549         return AVERROR(EINVAL);
 550     }
 551
 552     return 0;
 553 }
 554
 555 int ff_nvdec_get_ref_idx(AVFrame *frame)
 556 {
 557     FrameDecodeData *fdd;
 558     NVDECFrame *cf;
 559
 560     if (!frame || !frame->private_ref)
 561         return -1;
 562
 563     fdd = (FrameDecodeData*)frame->private_ref->data;
 564     cf  = (NVDECFrame*)fdd->hwaccel_priv;
 565     if (!cf)
 566         return -1;
 567
 568     return cf->idx;
 569 }