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 <cuda.h>
  24
  25 #include "libavutil/hwcontext.h"
  26 #include "libavutil/hwcontext_cuda_internal.h"
  27 #include "libavutil/opt.h"
  28 #include "libavutil/pixdesc.h"
  29
  30 #include "avfilter.h"
  31 #include "internal.h"
  32
  33 #define HIST_SIZE (3*256)
  34 #define DIV_UP(a, b) ( ((a) + (b) - 1) / (b) )
  35 #define BLOCKX 32
  36 #define BLOCKY 16
  37
  38 static const enum AVPixelFormat supported_formats[] = {
  39     AV_PIX_FMT_NV12,
  40     AV_PIX_FMT_YUV420P,
  41     AV_PIX_FMT_YUV444P,
  42     AV_PIX_FMT_P010,
  43     AV_PIX_FMT_P016,
  44     AV_PIX_FMT_YUV444P16,
  45 };
  46
  47 struct thumb_frame {
  48     AVFrame *buf;               ///< cached frame
  49     int histogram[HIST_SIZE];   ///< RGB color distribution histogram of the frame
  50 };
  51
  52 typedef struct ThumbnailCudaContext {
  53     const AVClass *class;
  54     int n;                      ///< current frame
  55     int n_frames;               ///< number of frames for analysis
  56     struct thumb_frame *frames; ///< the n_frames frames
  57     AVRational tb;              ///< copy of the input timebase to ease access
  58
  59     AVBufferRef *hw_frames_ctx;
  60
  61     CUmodule    cu_module;
  62
  63     CUfunction  cu_func_uchar;
  64     CUfunction  cu_func_uchar2;
  65     CUfunction  cu_func_ushort;
  66     CUfunction  cu_func_ushort2;
  67     CUtexref    cu_tex_uchar;
  68     CUtexref    cu_tex_uchar2;
  69     CUtexref    cu_tex_ushort;
  70     CUtexref    cu_tex_ushort2;
  71
  72     CUdeviceptr data;
  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(ThumbnailCudaContext *s, CUfunction func, CUtexref tex, int channels,
 158     int *histogram, uint8_t *src_dptr, int src_width, int src_height, int src_pitch, int pixel_size)
 159 {
 160     CUdeviceptr src_devptr = (CUdeviceptr)src_dptr;
 161     void *args[] = { &histogram, &src_width, &src_height };
 162     CUDA_ARRAY_DESCRIPTOR desc;
 163
 164     desc.Width = src_width;
 165     desc.Height = src_height;
 166     desc.NumChannels = channels;
 167     if (pixel_size == 1) {
 168         desc.Format = CU_AD_FORMAT_UNSIGNED_INT8;
 169     }
 170     else {
 171         desc.Format = CU_AD_FORMAT_UNSIGNED_INT16;
 172     }
 173
 174     cuTexRefSetAddress2D_v3(tex, &desc, src_devptr, src_pitch);
 175     cuLaunchKernel(func, DIV_UP(src_width, BLOCKX), DIV_UP(src_height, BLOCKY), 1, BLOCKX, BLOCKY, 1, 0, 0, args, NULL);
 176
 177     return 0;
 178 }
 179
 180 static int thumbnail(AVFilterContext *ctx, int *histogram, AVFrame *in)
 181 {
 182     AVHWFramesContext *in_frames_ctx = (AVHWFramesContext*)in->hw_frames_ctx->data;
 183     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 184
 185     switch (in_frames_ctx->sw_format) {
 186     case AV_PIX_FMT_NV12:
 187         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_uchar, s->cu_tex_uchar, 1,
 188             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 1);
 189         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_uchar2, s->cu_tex_uchar2, 2,
 190             histogram + 256, in->data[1], in->width / 2, in->height / 2, in->linesize[1], 1);
 191         break;
 192     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 193         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_uchar, s->cu_tex_uchar, 1,
 194             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 1);
 195         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_uchar, s->cu_tex_uchar, 1,
 196             histogram + 256, in->data[1], in->width / 2, in->height / 2, in->linesize[1], 1);
 197         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_uchar, s->cu_tex_uchar, 1,
 198             histogram + 512, in->data[2], in->width / 2, in->height / 2, in->linesize[2], 1);
 199         break;
 200     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
 201         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_uchar, s->cu_tex_uchar, 1,
 202             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 1);
 203         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_uchar, s->cu_tex_uchar, 1,
 204             histogram + 256, in->data[1], in->width, in->height, in->linesize[1], 1);
 205         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_uchar, s->cu_tex_uchar, 1,
 206             histogram + 512, in->data[2], in->width, in->height, in->linesize[2], 1);
 207         break;
 208     case AV_PIX_FMT_P010LE:
 209     case AV_PIX_FMT_P016LE:
 210         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_ushort, s->cu_tex_ushort, 1,
 211             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 2);
 212         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_ushort2, s->cu_tex_ushort2, 2,
 213             histogram + 256, in->data[1], in->width / 2, in->height / 2, in->linesize[1], 2);
 214         break;
 215     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
 216         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_ushort2, s->cu_tex_uchar, 1,
 217             histogram, in->data[0], in->width, in->height, in->linesize[0], 2);
 218         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_ushort2, s->cu_tex_uchar, 1,
 219             histogram + 256, in->data[1], in->width, in->height, in->linesize[1], 2);
 220         thumbnail_kernel(s, s->cu_func_ushort2, s->cu_tex_uchar, 1,
 221             histogram + 512, in->data[2], in->width, in->height, in->linesize[2], 2);
 222         break;
 223     default:
 224         return AVERROR_BUG;
 225     }
 226
 227     return 0;
 228 }
 229
 230 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
 231 {
 232     AVFilterContext *ctx  = inlink->dst;
 233     ThumbnailCudaContext *s   = ctx->priv;
 234     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 235     int *hist = s->frames[s->n].histogram;
 236     AVHWFramesContext *hw_frames_ctx = (AVHWFramesContext*)s->hw_frames_ctx->data;
 237     AVCUDADeviceContext *device_hwctx = hw_frames_ctx->device_ctx->hwctx;
 238     CUresult err;
 239     CUcontext dummy;
 240     CUDA_MEMCPY2D cpy = { 0 };
 241     int ret = 0;
 242
 243     // keep a reference of each frame
 244     s->frames[s->n].buf = frame;
 245
 246     err = cuCtxPushCurrent(device_hwctx->cuda_ctx);
 247     if (err != CUDA_SUCCESS)
 248         return AVERROR_UNKNOWN;
 249
 250     cuMemsetD8(s->data, 0, HIST_SIZE * sizeof(int));
 251
 252     thumbnail(ctx, (int*)s->data, frame);
 253
 254     cpy.srcMemoryType = CU_MEMORYTYPE_DEVICE;
 255     cpy.dstMemoryType = CU_MEMORYTYPE_HOST;
 256     cpy.srcDevice = s->data;
 257     cpy.dstHost = hist;
 258     cpy.srcPitch = HIST_SIZE * sizeof(int);
 259     cpy.dstPitch = HIST_SIZE * sizeof(int);
 260     cpy.WidthInBytes = HIST_SIZE * sizeof(int);
 261     cpy.Height = 1;
 262
 263     err = cuMemcpy2D(&cpy);
 264     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 265         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error transferring the data from the CUDA frame\n");
 266         return AVERROR_UNKNOWN;
 267     }
 268
 269     if (hw_frames_ctx->sw_format == AV_PIX_FMT_NV12 || hw_frames_ctx->sw_format == AV_PIX_FMT_YUV420P ||
 270         hw_frames_ctx->sw_format == AV_PIX_FMT_P010LE || hw_frames_ctx->sw_format == AV_PIX_FMT_P016LE)
 271     {
 272         for (int i = 256; i < HIST_SIZE; i++)
 273             hist[i] = 4 * hist[i];
 274     }
 275
 276     cuCtxPopCurrent(&dummy);
 277     if (ret < 0)
 278         return ret;
 279
 280     // no selection until the buffer of N frames is filled up
 281     s->n++;
 282     if (s->n < s->n_frames)
 283         return 0;
 284
 285     return ff_filter_frame(outlink, get_best_frame(ctx));
 286 }
 287
 288 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 289 {
 290     int i;
 291     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 292
 293     if (s->data) {
 294         cuMemFree(s->data);
 295         s->data = 0;
 296     }
 297
 298     if (s->cu_module) {
 299         cuModuleUnload(s->cu_module);
 300         s->cu_module = NULL;
 301     }
 302
 303     for (i = 0; i < s->n_frames && s->frames[i].buf; i++)
 304         av_frame_free(&s->frames[i].buf);
 305     av_freep(&s->frames);
 306 }
 307
 308 static int request_frame(AVFilterLink *link)
 309 {
 310     AVFilterContext *ctx = link->src;
 311     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 312     int ret = ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
 313
 314     if (ret == AVERROR_EOF && s->n) {
 315         ret = ff_filter_frame(link, get_best_frame(ctx));
 316         if (ret < 0)
 317             return ret;
 318         ret = AVERROR_EOF;
 319     }
 320     if (ret < 0)
 321         return ret;
 322     return 0;
 323 }
 324
 325 static int format_is_supported(enum AVPixelFormat fmt)
 326 {
 327     int i;
 328
 329     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(supported_formats); i++)
 330         if (supported_formats[i] == fmt)
 331             return 1;
 332     return 0;
 333 }
 334
 335 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 336 {
 337     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 338     ThumbnailCudaContext *s = ctx->priv;
 339     AVHWFramesContext     *hw_frames_ctx = (AVHWFramesContext*)inlink->hw_frames_ctx->data;
 340     AVCUDADeviceContext *device_hwctx = hw_frames_ctx->device_ctx->hwctx;
 341     CUcontext dummy, cuda_ctx = device_hwctx->cuda_ctx;
 342     CUresult err;
 343
 344     extern char vf_thumbnail_cuda_ptx[];
 345
 346     err = cuCtxPushCurrent(cuda_ctx);
 347     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 348         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error pushing cuda context\n");
 349         return AVERROR_UNKNOWN;
 350     }
 351
 352     err = cuModuleLoadData(&s->cu_module, vf_thumbnail_cuda_ptx);
 353     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 354         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error loading module data\n");
 355         return AVERROR_UNKNOWN;
 356     }
 357
 358     cuModuleGetFunction(&s->cu_func_uchar, s->cu_module, "Thumbnail_uchar");
 359     cuModuleGetFunction(&s->cu_func_uchar2, s->cu_module, "Thumbnail_uchar2");
 360     cuModuleGetFunction(&s->cu_func_ushort, s->cu_module, "Thumbnail_ushort");
 361     cuModuleGetFunction(&s->cu_func_ushort2, s->cu_module, "Thumbnail_ushort2");
 362
 363     cuModuleGetTexRef(&s->cu_tex_uchar, s->cu_module, "uchar_tex");
 364     cuModuleGetTexRef(&s->cu_tex_uchar2, s->cu_module, "uchar2_tex");
 365     cuModuleGetTexRef(&s->cu_tex_ushort, s->cu_module, "ushort_tex");
 366     cuModuleGetTexRef(&s->cu_tex_ushort2, s->cu_module, "ushort2_tex");
 367
 368     cuTexRefSetFlags(s->cu_tex_uchar, CU_TRSF_READ_AS_INTEGER);
 369     cuTexRefSetFlags(s->cu_tex_uchar2, CU_TRSF_READ_AS_INTEGER);
 370     cuTexRefSetFlags(s->cu_tex_ushort, CU_TRSF_READ_AS_INTEGER);
 371     cuTexRefSetFlags(s->cu_tex_ushort2, CU_TRSF_READ_AS_INTEGER);
 372
 373     cuTexRefSetFilterMode(s->cu_tex_uchar, CU_TR_FILTER_MODE_LINEAR);
 374     cuTexRefSetFilterMode(s->cu_tex_uchar2, CU_TR_FILTER_MODE_LINEAR);
 375     cuTexRefSetFilterMode(s->cu_tex_ushort, CU_TR_FILTER_MODE_LINEAR);
 376     cuTexRefSetFilterMode(s->cu_tex_ushort2, CU_TR_FILTER_MODE_LINEAR);
 377
 378     err = cuMemAlloc(&s->data, HIST_SIZE * sizeof(int));
 379     if (err != CUDA_SUCCESS) {
 380         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating cuda memory\n");
 381         return AVERROR_UNKNOWN;
 382     }
 383
 384     cuCtxPopCurrent(&dummy);
 385
 386     s->hw_frames_ctx = ctx->inputs[0]->hw_frames_ctx;
 387
 388     ctx->outputs[0]->hw_frames_ctx = av_buffer_ref(s->hw_frames_ctx);
 389     if (!ctx->outputs[0]->hw_frames_ctx)
 390         return AVERROR(ENOMEM);
 391
 392     s->tb = inlink->time_base;
 393
 394     if (!format_is_supported(hw_frames_ctx->sw_format)) {
 395         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported input format: %s\n", av_get_pix_fmt_name(hw_frames_ctx->sw_format));
 396         return AVERROR(ENOSYS);
 397     }
 398
 399     return 0;
 400 }
 401
 402 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 403 {
 404     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 405         AV_PIX_FMT_CUDA,
 406         AV_PIX_FMT_NONE
 407     };
 408     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 409     if (!fmts_list)
 410         return AVERROR(ENOMEM);
 411     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 412 }
 413
 414 static const AVFilterPad thumbnail_cuda_inputs[] = {
 415     {
 416         .name         = "default",
 417         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 418         .config_props = config_props,
 419         .filter_frame = filter_frame,
 420     },
 421     { NULL }
 422 };
 423
 424 static const AVFilterPad thumbnail_cuda_outputs[] = {
 425     {
 426         .name          = "default",
 427         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 428         .request_frame = request_frame,
 429     },
 430     { NULL }
 431 };
 432
 433 AVFilter ff_vf_thumbnail_cuda = {
 434     .name          = "thumbnail_cuda",
 435     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Select the most representative frame in a given sequence of consecutive frames."),
 436     .priv_size     = sizeof(ThumbnailCudaContext),
 437     .init          = init,
 438     .uninit        = uninit,
 439     .query_formats = query_formats,
 440     .inputs        = thumbnail_cuda_inputs,
 441     .outputs       = thumbnail_cuda_outputs,
 442     .priv_class    = &thumbnail_cuda_class,
 443     .flags_internal = FF_FILTER_FLAG_HWFRAME_AWARE,
 444 };