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

   1 /*
   2 * Copyright (c) 2017, NVIDIA CORPORATION. All rights reserved.
   3 *
   4 * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
   5 * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
   6 * to deal in the Software without restriction, including without limitation
   7 * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
   8 * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
   9 * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
  10 *
  11 * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
  12 * all copies or substantial portions of the Software.
  13 *
  14 * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
  15 * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
  16 * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
  17 * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
  18 * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
  19 * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER
  20 * DEALINGS IN THE SOFTWARE.
  21 */
  22
  23 #include "libavutil/hwcontext.h"
  24 #include "libavutil/hwcontext_cuda_internal.h"
  25 #include "libavutil/cuda_check.h"
  26 #include "libavutil/opt.h"
  27 #include "libavutil/pixdesc.h"
  28
  29 #include "avfilter.h"
  30 #include "internal.h"
  31
  32 #define CHECK_CU(x) FF_CUDA_CHECK_DL(ctx, s->hwctx->internal->cuda_dl, x)
  33
  34 #define HIST_SIZE (3*256)
  35 #define DIV_UP(a, b) ( ((a) + (b) - 1) / (b) )
  36 #define BLOCKX 32
  37 #define BLOCKY 16
  38
  39 static const enum AVPixelFormat supported_formats[] = {
  40     AV_PIX_FMT_NV12,
  41     AV_PIX_FMT_YUV420P,
  42     AV_PIX_FMT_YUV444P,
  43     AV_PIX_FMT_P010,
  44     AV_PIX_FMT_P016,
  45     AV_PIX_FMT_YUV444P16,
  46 };
  47
  48 struct thumb_frame {
  49     AVFrame *buf;               ///< cached frame
  50     int histogram[HIST_SIZE];   ///< RGB color distribution histogram of the frame
  51 };
  52
  53 typedef struct ThumbnailCudaContext {
  54     const AVClass *class;
  55     int n;                      ///< current frame
  56     int n_frames;               ///< number of frames for analysis
  57     struct thumb_frame *frames; ///< the n_frames frames
  58     AVRational tb;              ///< copy of the input timebase to ease access
  59
  60     AVBufferRef *hw_frames_ctx;
  61     AVCUDADeviceContext *hwctx;
  62
  63     CUmodule    cu_module;
  64
  65     CUfunction  cu_func_uchar;
  66     CUfunction  cu_func_uchar2;
  67     CUfunction  cu_func_ushort;
  68     CUfunction  cu_func_ushort2;
  69     CUstream    cu_stream;
  70
  71     CUdeviceptr data;
  72
  73 } ThumbnailCudaContext;
  74
  75 #define OFFSET(x) offsetof(ThumbnailCudaContext, x)
  76 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  77
  78 static const AVOption thumbnail_cuda_options[] = {
  79     { "n", "set the frames batch size", OFFSET(n_frames), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=100}, 2, INT_MAX, FLAGS },
  80     { NULL }
  81 };
  82
  83 AVFILTER_DEFINE_CLASS(thumbnail_cuda);
  84
  85 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
  86 {
  87     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
  88
  89     s->frames = av_calloc(s->n_frames, sizeof(*s->frames));
  90     if (!s->frames) {
  91         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
  92                "Allocation failure, try to lower the number of frames\n");
  93         return AVERROR(ENOMEM);
  94     }
  95     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "batch size: %d frames\n", s->n_frames);
  96     return 0;
  97 }
  98
  99 /**
 100  * @brief        Compute Sum-square deviation to estimate "closeness".
 101  * @param hist   color distribution histogram
 102  * @param median average color distribution histogram
 103  * @return       sum of squared errors
 104  */
 105 static double frame_sum_square_err(const int *hist, const double *median)
 106 {
 107     int i;
 108     double err, sum_sq_err = 0;
 109
 110     for (i = 0; i < HIST_SIZE; i++) {
 111         err = median[i] - (double)hist[i];
 112         sum_sq_err += err*err;
 113     }
 114     return sum_sq_err;
 115 }
 116
 117 static AVFrame *get_best_frame(AVFilterContext *ctx)
 118 {
 119     AVFrame *picref;
 120     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 121     int i, j, best_frame_idx = 0;
 122     int nb_frames = s->n;
 123     double avg_hist[HIST_SIZE] = {0}, sq_err, min_sq_err = -1;
 124
 125     // average histogram of the N frames
 126     for (j = 0; j < FF_ARRAY_ELEMS(avg_hist); j++) {
 127         for (i = 0; i < nb_frames; i++)
 128             avg_hist[j] += (double)s->frames[i].histogram[j];
 129         avg_hist[j] /= nb_frames;
 130     }
 131
 132     // find the frame closer to the average using the sum of squared errors
 133     for (i = 0; i < nb_frames; i++) {
 134         sq_err = frame_sum_square_err(s->frames[i].histogram, avg_hist);
 135         if (i == 0 || sq_err < min_sq_err)
 136             best_frame_idx = i, min_sq_err = sq_err;
 137     }
 138
 139     // free and reset everything (except the best frame buffer)
 140     for (i = 0; i < nb_frames; i++) {
 141         memset(s->frames[i].histogram, 0, sizeof(s->frames[i].histogram));
 142         if (i != best_frame_idx)
 143             av_frame_free(&s->frames[i].buf);
 144     }
 145     s->n = 0;
 146
 147     // raise the chosen one
 148     picref = s->frames[best_frame_idx].buf;
 149     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "frame id #%d (pts_time=%f) selected "
 150            "from a set of %d images\n", best_frame_idx,
 151            picref->pts * av_q2d(s->tb), nb_frames);
 152     s->frames[best_frame_idx].buf = NULL;
 153
 154     return picref;
 155 }
 156
 157 static int thumbnail_kernel(AVFilterContext *ctx, CUfunction func, int channels,
 158     int *histogram, uint8_t *src_dptr, int src_width, int src_height, int src_pitch, int pixel_size)
 159 {
 160     int ret;
 161     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 162     CudaFunctions *cu = s->hwctx->internal->cuda_dl;
 163     CUtexObject tex = 0;
 164     void *args[] = { &tex, &histogram, &src_width, &src_height };
 165
 166     CUDA_TEXTURE_DESC tex_desc = {
 167         .filterMode = CU_TR_FILTER_MODE_LINEAR,
 168         .flags = CU_TRSF_READ_AS_INTEGER,
 169     };
 170
 171     CUDA_RESOURCE_DESC res_desc = {
 172         .resType = CU_RESOURCE_TYPE_PITCH2D,
 173         .res.pitch2D.format = pixel_size == 1 ?
 174                               CU_AD_FORMAT_UNSIGNED_INT8 :
 175                               CU_AD_FORMAT_UNSIGNED_INT16,
 176         .res.pitch2D.numChannels = channels,
 177         .res.pitch2D.width = src_width,
 178         .res.pitch2D.height = src_height,
 179         .res.pitch2D.pitchInBytes = src_pitch,
 180         .res.pitch2D.devPtr = (CUdeviceptr)src_dptr,
 181     };
 182
 183     ret = CHECK_CU(cu->cuTexObjectCreate(&tex, &res_desc, &tex_desc, NULL));
 184     if (ret < 0)
 185         goto exit;
 186
 187     ret = CHECK_CU(cu->cuLaunchKernel(func,
 188                                       DIV_UP(src_width, BLOCKX), DIV_UP(src_height, BLOCKY), 1,
 189                                       BLOCKX, BLOCKY, 1, 0, s->cu_stream, args, NULL));
 190 exit:
 191     if (tex)
 192         CHECK_CU(cu->cuTexObjectDestroy(tex));
 193
 194     return ret;
 195 }
 196
 197 static int thumbnail(AVFilterContext *ctx, int *histogram, AVFrame *in)
 198 {
 199     AVHWFramesContext *in_frames_ctx = (AVHWFramesContext*)in->hw_frames_ctx->data;
 200     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 201
 202     switch (in_frames_ctx->sw_format) {
 203     case AV_PIX_FMT_NV12:
 204         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_uchar, 1,
 205             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 1);
 206         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_uchar2, 2,
 207             histogram + 256, in->data[1], in->width / 2, in->height / 2, in->linesize[1], 1);
 208         break;
 209     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 210         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_uchar, 1,
 211             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 1);
 212         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_uchar, 1,
 213             histogram + 256, in->data[1], in->width / 2, in->height / 2, in->linesize[1], 1);
 214         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_uchar, 1,
 215             histogram + 512, in->data[2], in->width / 2, in->height / 2, in->linesize[2], 1);
 216         break;
 217     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
 218         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_uchar, 1,
 219             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 1);
 220         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_uchar, 1,
 221             histogram + 256, in->data[1], in->width, in->height, in->linesize[1], 1);
 222         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_uchar, 1,
 223             histogram + 512, in->data[2], in->width, in->height, in->linesize[2], 1);
 224         break;
 225     case AV_PIX_FMT_P010LE:
 226     case AV_PIX_FMT_P016LE:
 227         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_ushort, 1,
 228             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 2);
 229         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_ushort2, 2,
 230             histogram + 256, in->data[1], in->width / 2, in->height / 2, in->linesize[1], 2);
 231         break;
 232     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
 233         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_ushort2, 1,
 234             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 2);
 235         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_ushort2, 1,
 236             histogram + 256, in->data[1], in->width, in->height, in->linesize[1], 2);
 237         thumbnail_kernel(ctx, s->cu_func_ushort2, 1,
 238             histogram + 512, in->data[2], in->width, in->height, in->linesize[2], 2);
 239         break;
 240     default:
 241         return AVERROR_BUG;
 242     }
 243
 244     return 0;
 245 }
 246
 247 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
 248 {
 249     AVFilterContext *ctx  = inlink->dst;
 250     ThumbnailCudaContext *s   = ctx->priv;
 251     CudaFunctions *cu = s->hwctx->internal->cuda_dl;
 252     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 253     int *hist = s->frames[s->n].histogram;
 254     AVHWFramesContext *hw_frames_ctx = (AVHWFramesContext*)s->hw_frames_ctx->data;
 255     CUcontext dummy;
 256     CUDA_MEMCPY2D cpy = { 0 };
 257     int ret = 0;
 258
 259     // keep a reference of each frame
 260     s->frames[s->n].buf = frame;
 261
 262     ret = CHECK_CU(cu->cuCtxPushCurrent(s->hwctx->cuda_ctx));
 263     if (ret < 0)
 264         return ret;
 265
 266     CHECK_CU(cu->cuMemsetD8Async(s->data, 0, HIST_SIZE * sizeof(int), s->cu_stream));
 267
 268     thumbnail(ctx, (int*)s->data, frame);
 269
 270     cpy.srcMemoryType = CU_MEMORYTYPE_DEVICE;
 271     cpy.dstMemoryType = CU_MEMORYTYPE_HOST;
 272     cpy.srcDevice = s->data;
 273     cpy.dstHost = hist;
 274     cpy.srcPitch = HIST_SIZE * sizeof(int);
 275     cpy.dstPitch = HIST_SIZE * sizeof(int);
 276     cpy.WidthInBytes = HIST_SIZE * sizeof(int);
 277     cpy.Height = 1;
 278
 279     ret = CHECK_CU(cu->cuMemcpy2DAsync(&cpy, s->cu_stream));
 280     if (ret < 0)
 281         return ret;
 282
 283     if (hw_frames_ctx->sw_format == AV_PIX_FMT_NV12 || hw_frames_ctx->sw_format == AV_PIX_FMT_YUV420P ||
 284         hw_frames_ctx->sw_format == AV_PIX_FMT_P010LE || hw_frames_ctx->sw_format == AV_PIX_FMT_P016LE)
 285     {
 286         int i;
 287         for (i = 256; i < HIST_SIZE; i++)
 288             hist[i] = 4 * hist[i];
 289     }
 290
 291     CHECK_CU(cu->cuCtxPopCurrent(&dummy));
 292     if (ret < 0)
 293         return ret;
 294
 295     // no selection until the buffer of N frames is filled up
 296     s->n++;
 297     if (s->n < s->n_frames)
 298         return 0;
 299
 300     return ff_filter_frame(outlink, get_best_frame(ctx));
 301 }
 302
 303 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 304 {
 305     int i;
 306     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 307     CudaFunctions *cu = s->hwctx->internal->cuda_dl;
 308
 309     if (s->data) {
 310         CHECK_CU(cu->cuMemFree(s->data));
 311         s->data = 0;
 312     }
 313
 314     if (s->cu_module) {
 315         CHECK_CU(cu->cuModuleUnload(s->cu_module));
 316         s->cu_module = NULL;
 317     }
 318
 319     for (i = 0; i < s->n_frames && s->frames[i].buf; i++)
 320         av_frame_free(&s->frames[i].buf);
 321     av_freep(&s->frames);
 322 }
 323
 324 static int request_frame(AVFilterLink *link)
 325 {
 326     AVFilterContext *ctx = link->src;
 327     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 328     int ret = ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
 329
 330     if (ret == AVERROR_EOF && s->n) {
 331         ret = ff_filter_frame(link, get_best_frame(ctx));
 332         if (ret < 0)
 333             return ret;
 334         ret = AVERROR_EOF;
 335     }
 336     if (ret < 0)
 337         return ret;
 338     return 0;
 339 }
 340
 341 static int format_is_supported(enum AVPixelFormat fmt)
 342 {
 343     int i;
 344
 345     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(supported_formats); i++)
 346         if (supported_formats[i] == fmt)
 347             return 1;
 348     return 0;
 349 }
 350
 351 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 352 {
 353     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 354     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 355     AVHWFramesContext     *hw_frames_ctx = (AVHWFramesContext*)inlink->hw_frames_ctx->data;
 356     AVCUDADeviceContext *device_hwctx = hw_frames_ctx->device_ctx->hwctx;
 357     CUcontext dummy, cuda_ctx = device_hwctx->cuda_ctx;
 358     CudaFunctions *cu = device_hwctx->internal->cuda_dl;
 359     int ret;
 360
 361     extern char vf_thumbnail_cuda_ptx[];
 362
 363     s->hwctx = device_hwctx;
 364     s->cu_stream = s->hwctx->stream;
 365
 366     ret = CHECK_CU(cu->cuCtxPushCurrent(cuda_ctx));
 367     if (ret < 0)
 368         return ret;
 369
 370     ret = CHECK_CU(cu->cuModuleLoadData(&s->cu_module, vf_thumbnail_cuda_ptx));
 371     if (ret < 0)
 372         return ret;
 373
 374     ret = CHECK_CU(cu->cuModuleGetFunction(&s->cu_func_uchar, s->cu_module, "Thumbnail_uchar"));
 375     if (ret < 0)
 376         return ret;
 377
 378     ret = CHECK_CU(cu->cuModuleGetFunction(&s->cu_func_uchar2, s->cu_module, "Thumbnail_uchar2"));
 379     if (ret < 0)
 380         return ret;
 381
 382     ret = CHECK_CU(cu->cuModuleGetFunction(&s->cu_func_ushort, s->cu_module, "Thumbnail_ushort"));
 383     if (ret < 0)
 384         return ret;
 385
 386     ret = CHECK_CU(cu->cuModuleGetFunction(&s->cu_func_ushort2, s->cu_module, "Thumbnail_ushort2"));
 387     if (ret < 0)
 388         return ret;
 389
 390     ret = CHECK_CU(cu->cuMemAlloc(&s->data, HIST_SIZE * sizeof(int)));
 391     if (ret < 0)
 392         return ret;
 393
 394     CHECK_CU(cu->cuCtxPopCurrent(&dummy));
 395
 396     s->hw_frames_ctx = ctx->inputs[0]->hw_frames_ctx;
 397
 398     ctx->outputs[0]->hw_frames_ctx = av_buffer_ref(s->hw_frames_ctx);
 399     if (!ctx->outputs[0]->hw_frames_ctx)
 400         return AVERROR(ENOMEM);
 401
 402     s->tb = inlink->time_base;
 403
 404     if (!format_is_supported(hw_frames_ctx->sw_format)) {
 405         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported input format: %s\n", av_get_pix_fmt_name(hw_frames_ctx->sw_format));
 406         return AVERROR(ENOSYS);
 407     }
 408
 409     return 0;
 410 }
 411
 412 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 413 {
 414     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 415         AV_PIX_FMT_CUDA,
 416         AV_PIX_FMT_NONE
 417     };
 418     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 419     if (!fmts_list)
 420         return AVERROR(ENOMEM);
 421     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 422 }
 423
 424 static const AVFilterPad thumbnail_cuda_inputs[] = {
 425     {
 426         .name         = "default",
 427         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 428         .config_props = config_props,
 429         .filter_frame = filter_frame,
 430     },
 431     { NULL }
 432 };
 433
 434 static const AVFilterPad thumbnail_cuda_outputs[] = {
 435     {
 436         .name          = "default",
 437         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 438         .request_frame = request_frame,
 439     },
 440     { NULL }
 441 };
 442
 443 AVFilter ff_vf_thumbnail_cuda = {
 444     .name          = "thumbnail_cuda",
 445     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Select the most representative frame in a given sequence of consecutive frames."),
 446     .priv_size     = sizeof(ThumbnailCudaContext),
 447     .init          = init,
 448     .uninit        = uninit,
 449     .query_formats = query_formats,
 450     .inputs        = thumbnail_cuda_inputs,
 451     .outputs       = thumbnail_cuda_outputs,
 452     .priv_class    = &thumbnail_cuda_class,
 453     .flags_internal = FF_FILTER_FLAG_HWFRAME_AWARE,
 454 };