git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/vf_dnn_processing.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2019 Guo Yejun
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 /**
  22  * @file
  23  * implementing a generic image processing filter using deep learning networks.
  24  */
  25
  26 #include "libavformat/avio.h"
  27 #include "libavutil/opt.h"
  28 #include "libavutil/pixdesc.h"
  29 #include "libavutil/avassert.h"
  30 #include "libavutil/imgutils.h"
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "dnn_interface.h"
  33 #include "formats.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "libswscale/swscale.h"
  36
  37 typedef struct DnnProcessingContext {
  38     const AVClass *class;
  39
  40     char *model_filename;
  41     DNNBackendType backend_type;
  42     char *model_inputname;
  43     char *model_outputname;
  44     char *backend_options;
  45
  46     DNNModule *dnn_module;
  47     DNNModel *model;
  48
  49     struct SwsContext *sws_uv_scale;
  50     int sws_uv_height;
  51 } DnnProcessingContext;
  52
  53 #define OFFSET(x) offsetof(DnnProcessingContext, x)
  54 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM | AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  55 static const AVOption dnn_processing_options[] = {
  56     { "dnn_backend", "DNN backend",                OFFSET(backend_type),     AV_OPT_TYPE_INT,       { .i64 = 0 },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "backend" },
  57     { "native",      "native backend flag",        0,                        AV_OPT_TYPE_CONST,     { .i64 = 0 },    0, 0, FLAGS, "backend" },
  58 #if (CONFIG_LIBTENSORFLOW == 1)
  59     { "tensorflow",  "tensorflow backend flag",    0,                        AV_OPT_TYPE_CONST,     { .i64 = 1 },    0, 0, FLAGS, "backend" },
  60 #endif
  61 #if (CONFIG_LIBOPENVINO == 1)
  62     { "openvino",    "openvino backend flag",      0,                        AV_OPT_TYPE_CONST,     { .i64 = 2 },    0, 0, FLAGS, "backend" },
  63 #endif
  64     { "model",       "path to model file",         OFFSET(model_filename),   AV_OPT_TYPE_STRING,    { .str = NULL }, 0, 0, FLAGS },
  65     { "input",       "input name of the model",    OFFSET(model_inputname),  AV_OPT_TYPE_STRING,    { .str = NULL }, 0, 0, FLAGS },
  66     { "output",      "output name of the model",   OFFSET(model_outputname), AV_OPT_TYPE_STRING,    { .str = NULL }, 0, 0, FLAGS },
  67     { "options",     "backend options",            OFFSET(backend_options),  AV_OPT_TYPE_STRING,    { .str = NULL }, 0, 0, FLAGS },
  68     { NULL }
  69 };
  70
  71 AVFILTER_DEFINE_CLASS(dnn_processing);
  72
  73 static av_cold int init(AVFilterContext *context)
  74 {
  75     DnnProcessingContext *ctx = context->priv;
  76
  77     if (!ctx->model_filename) {
  78         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "model file for network is not specified\n");
  79         return AVERROR(EINVAL);
  80     }
  81     if (!ctx->model_inputname) {
  82         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "input name of the model network is not specified\n");
  83         return AVERROR(EINVAL);
  84     }
  85     if (!ctx->model_outputname) {
  86         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "output name of the model network is not specified\n");
  87         return AVERROR(EINVAL);
  88     }
  89
  90     ctx->dnn_module = ff_get_dnn_module(ctx->backend_type);
  91     if (!ctx->dnn_module) {
  92         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "could not create DNN module for requested backend\n");
  93         return AVERROR(ENOMEM);
  94     }
  95     if (!ctx->dnn_module->load_model) {
  96         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "load_model for network is not specified\n");
  97         return AVERROR(EINVAL);
  98     }
  99
 100     ctx->model = (ctx->dnn_module->load_model)(ctx->model_filename, ctx->backend_options, ctx);
 101     if (!ctx->model) {
 102         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "could not load DNN model\n");
 103         return AVERROR(EINVAL);
 104     }
 105
 106     return 0;
 107 }
 108
 109 static int query_formats(AVFilterContext *context)
 110 {
 111     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 112         AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_BGR24,
 113         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAYF32,
 114         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV422P,
 115         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
 116         AV_PIX_FMT_NV12,
 117         AV_PIX_FMT_NONE
 118     };
 119     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 120     return ff_set_common_formats(context, fmts_list);
 121 }
 122
 123 #define LOG_FORMAT_CHANNEL_MISMATCH()                       \
 124     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,                               \
 125            "the frame's format %s does not match "          \
 126            "the model input channel %d\n",                  \
 127            av_get_pix_fmt_name(fmt),                        \
 128            model_input->channels);
 129
 130 static int check_modelinput_inlink(const DNNData *model_input, const AVFilterLink *inlink)
 131 {
 132     AVFilterContext *ctx   = inlink->dst;
 133     enum AVPixelFormat fmt = inlink->format;
 134
 135     // the design is to add explicit scale filter before this filter
 136     if (model_input->height != -1 && model_input->height != inlink->h) {
 137         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "the model requires frame height %d but got %d\n",
 138                                    model_input->height, inlink->h);
 139         return AVERROR(EIO);
 140     }
 141     if (model_input->width != -1 && model_input->width != inlink->w) {
 142         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "the model requires frame width %d but got %d\n",
 143                                    model_input->width, inlink->w);
 144         return AVERROR(EIO);
 145     }
 146     if (model_input->dt != DNN_FLOAT) {
 147         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "only support dnn models with input data type as float32.\n");
 148         return AVERROR(EIO);
 149     }
 150
 151     switch (fmt) {
 152     case AV_PIX_FMT_RGB24:
 153     case AV_PIX_FMT_BGR24:
 154         if (model_input->channels != 3) {
 155             LOG_FORMAT_CHANNEL_MISMATCH();
 156             return AVERROR(EIO);
 157         }
 158         return 0;
 159     case AV_PIX_FMT_GRAYF32:
 160     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 161     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
 162     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
 163     case AV_PIX_FMT_YUV410P:
 164     case AV_PIX_FMT_YUV411P:
 165     case AV_PIX_FMT_NV12:
 166         if (model_input->channels != 1) {
 167             LOG_FORMAT_CHANNEL_MISMATCH();
 168             return AVERROR(EIO);
 169         }
 170         return 0;
 171     default:
 172         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "%s not supported.\n", av_get_pix_fmt_name(fmt));
 173         return AVERROR(EIO);
 174     }
 175
 176     return 0;
 177 }
 178
 179 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 180 {
 181     AVFilterContext *context     = inlink->dst;
 182     DnnProcessingContext *ctx = context->priv;
 183     DNNReturnType result;
 184     DNNData model_input;
 185     int check;
 186
 187     result = ctx->model->get_input(ctx->model->model, &model_input, ctx->model_inputname);
 188     if (result != DNN_SUCCESS) {
 189         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "could not get input from the model\n");
 190         return AVERROR(EIO);
 191     }
 192
 193     check = check_modelinput_inlink(&model_input, inlink);
 194     if (check != 0) {
 195         return check;
 196     }
 197
 198     return 0;
 199 }
 200
 201 static av_always_inline int isPlanarYUV(enum AVPixelFormat pix_fmt)
 202 {
 203     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(pix_fmt);
 204     av_assert0(desc);
 205     return !(desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB) && desc->nb_components == 3;
 206 }
 207
 208 static int prepare_uv_scale(AVFilterLink *outlink)
 209 {
 210     AVFilterContext *context = outlink->src;
 211     DnnProcessingContext *ctx = context->priv;
 212     AVFilterLink *inlink = context->inputs[0];
 213     enum AVPixelFormat fmt = inlink->format;
 214
 215     if (isPlanarYUV(fmt)) {
 216         if (inlink->w != outlink->w || inlink->h != outlink->h) {
 217             if (fmt == AV_PIX_FMT_NV12) {
 218                 ctx->sws_uv_scale = sws_getContext(inlink->w >> 1, inlink->h >> 1, AV_PIX_FMT_YA8,
 219                                                    outlink->w >> 1, outlink->h >> 1, AV_PIX_FMT_YA8,
 220                                                    SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL);
 221                 ctx->sws_uv_height = inlink->h >> 1;
 222             } else {
 223                 const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(fmt);
 224                 int sws_src_h = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 225                 int sws_src_w = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
 226                 int sws_dst_h = AV_CEIL_RSHIFT(outlink->h, desc->log2_chroma_h);
 227                 int sws_dst_w = AV_CEIL_RSHIFT(outlink->w, desc->log2_chroma_w);
 228                 ctx->sws_uv_scale = sws_getContext(sws_src_w, sws_src_h, AV_PIX_FMT_GRAY8,
 229                                                    sws_dst_w, sws_dst_h, AV_PIX_FMT_GRAY8,
 230                                                    SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL);
 231                 ctx->sws_uv_height = sws_src_h;
 232             }
 233         }
 234     }
 235
 236     return 0;
 237 }
 238
 239 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 240 {
 241     AVFilterContext *context = outlink->src;
 242     DnnProcessingContext *ctx = context->priv;
 243     DNNReturnType result;
 244     AVFilterLink *inlink = context->inputs[0];
 245
 246     // have a try run in case that the dnn model resize the frame
 247     result = ctx->model->get_output(ctx->model->model, ctx->model_inputname, inlink->w, inlink->h,
 248                                     ctx->model_outputname, &outlink->w, &outlink->h);
 249     if (result != DNN_SUCCESS) {
 250         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "could not get output from the model\n");
 251         return AVERROR(EIO);
 252     }
 253
 254     prepare_uv_scale(outlink);
 255
 256     return 0;
 257 }
 258
 259 static int copy_uv_planes(DnnProcessingContext *ctx, AVFrame *out, const AVFrame *in)
 260 {
 261     const AVPixFmtDescriptor *desc;
 262     int uv_height;
 263
 264     if (!ctx->sws_uv_scale) {
 265         av_assert0(in->height == out->height && in->width == out->width);
 266         desc = av_pix_fmt_desc_get(in->format);
 267         uv_height = AV_CEIL_RSHIFT(in->height, desc->log2_chroma_h);
 268         for (int i = 1; i < 3; ++i) {
 269             int bytewidth = av_image_get_linesize(in->format, in->width, i);
 270             av_image_copy_plane(out->data[i], out->linesize[i],
 271                                 in->data[i], in->linesize[i],
 272                                 bytewidth, uv_height);
 273         }
 274     } else if (in->format == AV_PIX_FMT_NV12) {
 275         sws_scale(ctx->sws_uv_scale, (const uint8_t **)(in->data + 1), in->linesize + 1,
 276                   0, ctx->sws_uv_height, out->data + 1, out->linesize + 1);
 277     } else {
 278         sws_scale(ctx->sws_uv_scale, (const uint8_t **)(in->data + 1), in->linesize + 1,
 279                   0, ctx->sws_uv_height, out->data + 1, out->linesize + 1);
 280         sws_scale(ctx->sws_uv_scale, (const uint8_t **)(in->data + 2), in->linesize + 2,
 281                   0, ctx->sws_uv_height, out->data + 2, out->linesize + 2);
 282     }
 283
 284     return 0;
 285 }
 286
 287 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 288 {
 289     AVFilterContext *context  = inlink->dst;
 290     AVFilterLink *outlink = context->outputs[0];
 291     DnnProcessingContext *ctx = context->priv;
 292     DNNReturnType dnn_result;
 293     AVFrame *out;
 294
 295     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 296     if (!out) {
 297         av_frame_free(&in);
 298         return AVERROR(ENOMEM);
 299     }
 300     av_frame_copy_props(out, in);
 301
 302     dnn_result = (ctx->dnn_module->execute_model)(ctx->model, ctx->model_inputname, in,
 303                                                   (const char **)&ctx->model_outputname, 1, out);
 304     if (dnn_result != DNN_SUCCESS){
 305         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "failed to execute model\n");
 306         av_frame_free(&in);
 307         av_frame_free(&out);
 308         return AVERROR(EIO);
 309     }
 310
 311     if (isPlanarYUV(in->format))
 312         copy_uv_planes(ctx, out, in);
 313
 314     av_frame_free(&in);
 315     return ff_filter_frame(outlink, out);
 316 }
 317
 318 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 319 {
 320     DnnProcessingContext *context = ctx->priv;
 321
 322     sws_freeContext(context->sws_uv_scale);
 323
 324     if (context->dnn_module)
 325         (context->dnn_module->free_model)(&context->model);
 326
 327     av_freep(&context->dnn_module);
 328 }
 329
 330 static const AVFilterPad dnn_processing_inputs[] = {
 331     {
 332         .name         = "default",
 333         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 334         .config_props = config_input,
 335         .filter_frame = filter_frame,
 336     },
 337     { NULL }
 338 };
 339
 340 static const AVFilterPad dnn_processing_outputs[] = {
 341     {
 342         .name = "default",
 343         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 344         .config_props  = config_output,
 345     },
 346     { NULL }
 347 };
 348
 349 AVFilter ff_vf_dnn_processing = {
 350     .name          = "dnn_processing",
 351     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply DNN processing filter to the input."),
 352     .priv_size     = sizeof(DnnProcessingContext),
 353     .init          = init,
 354     .uninit        = uninit,
 355     .query_formats = query_formats,
 356     .inputs        = dnn_processing_inputs,
 357     .outputs       = dnn_processing_outputs,
 358     .priv_class    = &dnn_processing_class,
 359 };