libavfilter/vf_convolution_opencl.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2018 Danil Iashchenko
   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 #include "config_components.h"
  22
  23 #include "libavutil/common.h"
  24 #include "libavutil/imgutils.h"
  25 #include "libavutil/mem.h"
  26 #include "libavutil/opt.h"
  27 #include "libavutil/pixdesc.h"
  28 #include "libavutil/avstring.h"
  29
  30
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "internal.h"
  33 #include "opencl.h"
  34 #include "opencl_source.h"
  35 #include "video.h"
  36
  37 typedef struct ConvolutionOpenCLContext {
  38     OpenCLFilterContext ocf;
  39
  40     int              initialised;
  41     cl_kernel        kernel;
  42     cl_command_queue command_queue;
  43
  44     char *matrix_str[4];
  45
  46     cl_mem matrix[4];
  47     cl_int matrix_sizes[4];
  48     cl_int dims[4];
  49     cl_float rdivs[4];
  50     cl_float biases[4];
  51
  52     cl_int planes;
  53     cl_float scale;
  54     cl_float delta;
  55
  56 } ConvolutionOpenCLContext;
  57
  58 static int convolution_opencl_init(AVFilterContext *avctx)
  59 {
  60     ConvolutionOpenCLContext *ctx = avctx->priv;
  61     const char *kernel_name;
  62     cl_int cle;
  63     int err;
  64
  65     err = ff_opencl_filter_load_program(avctx, &ff_opencl_source_convolution, 1);
  66     if (err < 0)
  67         goto fail;
  68
  69     ctx->command_queue = clCreateCommandQueue(ctx->ocf.hwctx->context,
  70                                               ctx->ocf.hwctx->device_id,
  71                                               0, &cle);
  72     CL_FAIL_ON_ERROR(AVERROR(EIO), "Failed to create OpenCL "
  73                      "command queue %d.\n", cle);
  74
  75     if (!strcmp(avctx->filter->name, "convolution_opencl")) {
  76         kernel_name = "convolution_global";
  77     } else if (!strcmp(avctx->filter->name, "sobel_opencl")) {
  78         kernel_name = "sobel_global";
  79     } else if (!strcmp(avctx->filter->name, "prewitt_opencl")){
  80         kernel_name = "prewitt_global";
  81     } else if (!strcmp(avctx->filter->name, "roberts_opencl")){
  82         kernel_name = "roberts_global";
  83     }
  84     ctx->kernel = clCreateKernel(ctx->ocf.program, kernel_name, &cle);
  85     CL_FAIL_ON_ERROR(AVERROR(EIO), "Failed to create "
  86                      "kernel %d.\n", cle);
  87
  88     ctx->initialised = 1;
  89     return 0;
  90
  91 fail:
  92     if (ctx->command_queue)
  93         clReleaseCommandQueue(ctx->command_queue);
  94     if (ctx->kernel)
  95         clReleaseKernel(ctx->kernel);
  96     return err;
  97 }
  98
  99
 100
 101 static int convolution_opencl_make_filter_params(AVFilterContext *avctx)
 102 {
 103     ConvolutionOpenCLContext *ctx = avctx->priv;
 104     float *matrix = NULL;
 105     size_t matrix_bytes;
 106     cl_mem buffer;
 107     cl_int cle;
 108     int i, j;
 109     int sscanf_err;
 110     char *p, *arg, *saveptr = NULL;
 111     float input_matrix[4][49];
 112
 113     for (i = 0; i < 4; i++) {
 114         ctx->biases[i] = ctx->biases[i] / 255.0;
 115     }
 116
 117     for (i = 0; i < 4; i++) {
 118         p = ctx->matrix_str[i];
 119         while (ctx->matrix_sizes[i] < 49) {
 120             arg = av_strtok(p, " ", &saveptr);
 121             if (!arg) {
 122                 break;
 123             }
 124             p = NULL;
 125             sscanf_err = sscanf(arg, "%f", &input_matrix[i][ctx->matrix_sizes[i]]);
 126             if (sscanf_err != 1) {
 127                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Matrix is sequence of 9, 25 or 49 signed numbers\n");
 128                 return AVERROR(EINVAL);
 129             }
 130             ctx->matrix_sizes[i]++;
 131         }
 132         if (ctx->matrix_sizes[i] == 9) {
 133             ctx->dims[i] = 3;
 134         } else if (ctx->matrix_sizes[i] == 25) {
 135             ctx->dims[i] = 5;
 136         } else if (ctx->matrix_sizes[i] == 49) {
 137             ctx->dims[i] = 7;
 138         } else {
 139             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid matrix size:%d\n", ctx->matrix_sizes[i]);
 140             return AVERROR(EINVAL);
 141         }
 142
 143     }
 144
 145     for (j = 0; j < 4; j++) {
 146         matrix_bytes = sizeof(float)*ctx->matrix_sizes[j];
 147         matrix = av_malloc(matrix_bytes);
 148         if (!matrix) {
 149             av_freep(&matrix);
 150             return AVERROR(ENOMEM);
 151         }
 152
 153         for (i = 0; i < ctx->matrix_sizes[j]; i++)
 154             matrix[i] = input_matrix[j][i];
 155
 156         buffer = clCreateBuffer(ctx->ocf.hwctx->context,
 157                                 CL_MEM_READ_ONLY |
 158                                 CL_MEM_COPY_HOST_PTR |
 159                                 CL_MEM_HOST_NO_ACCESS,
 160                                 matrix_bytes, matrix, &cle);
 161         if (!buffer) {
 162             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to create matrix buffer: "
 163                    "%d.\n", cle);
 164             av_freep(&matrix);
 165             return AVERROR(EIO);
 166         }
 167         ctx->matrix[j] = buffer;
 168         av_freep(&matrix);
 169     }
 170
 171     return 0;
 172 }
 173
 174 static int convolution_opencl_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *input)
 175 {
 176     AVFilterContext *avctx = inlink->dst;
 177     AVFilterLink *outlink = avctx->outputs[0];
 178     ConvolutionOpenCLContext *ctx = avctx->priv;
 179     AVFrame *output = NULL;
 180     cl_int cle;
 181     size_t global_work[2];
 182     cl_mem src, dst;
 183     int err, p;
 184     size_t origin[3] = {0, 0, 0};
 185     size_t region[3] = {0, 0, 1};
 186
 187     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Filter input: %s, %ux%u (%"PRId64").\n",
 188            av_get_pix_fmt_name(input->format),
 189            input->width, input->height, input->pts);
 190
 191     if (!input->hw_frames_ctx)
 192         return AVERROR(EINVAL);
 193
 194     if (!ctx->initialised) {
 195         err = convolution_opencl_init(avctx);
 196         if (err < 0)
 197             goto fail;
 198
 199         if (!strcmp(avctx->filter->name, "convolution_opencl")) {
 200             err = convolution_opencl_make_filter_params(avctx);
 201             if (err < 0)
 202                 goto fail;
 203         } else {
 204             ctx->delta /= 255.0;
 205         }
 206
 207     }
 208
 209     output = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 210     if (!output) {
 211         err = AVERROR(ENOMEM);
 212         goto fail;
 213     }
 214
 215     for (p = 0; p < FF_ARRAY_ELEMS(output->data); p++) {
 216         src = (cl_mem) input->data[p];
 217         dst = (cl_mem)output->data[p];
 218
 219         if (!dst)
 220             break;
 221
 222         if (!strcmp(avctx->filter->name, "convolution_opencl")) {
 223             CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 0, cl_mem,   &dst);
 224             CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 1, cl_mem,   &src);
 225             CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 2, cl_int,   &ctx->dims[p]);
 226             CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 3, cl_mem,   &ctx->matrix[p]);
 227             CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 4, cl_float, &ctx->rdivs[p]);
 228             CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 5, cl_float, &ctx->biases[p]);
 229
 230             err = ff_opencl_filter_work_size_from_image(avctx, global_work, output, p, 0);
 231             if (err < 0)
 232                 goto fail;
 233
 234             av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Run kernel on plane %d "
 235                    "(%"SIZE_SPECIFIER"x%"SIZE_SPECIFIER").\n",
 236                    p, global_work[0], global_work[1]);
 237
 238             cle = clEnqueueNDRangeKernel(ctx->command_queue, ctx->kernel, 2, NULL,
 239                                          global_work, NULL,
 240                                          0, NULL, NULL);
 241             CL_FAIL_ON_ERROR(AVERROR(EIO), "Failed to enqueue "
 242                              "kernel: %d.\n", cle);
 243         } else {
 244             if (!(ctx->planes & (1 << p))) {
 245                 err = ff_opencl_filter_work_size_from_image(avctx, region, output, p, 0);
 246                 if (err < 0)
 247                     goto fail;
 248
 249                 cle = clEnqueueCopyImage(ctx->command_queue, src, dst,
 250                                          origin, origin, region, 0, NULL, NULL);
 251                 CL_FAIL_ON_ERROR(AVERROR(EIO), "Failed to copy plane %d: %d.\n",
 252                                  p, cle);
 253             } else {
 254                 CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 0, cl_mem,   &dst);
 255                 CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 1, cl_mem,   &src);
 256                 CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 2, cl_float, &ctx->scale);
 257                 CL_SET_KERNEL_ARG(ctx->kernel, 3, cl_float, &ctx->delta);
 258
 259                 err = ff_opencl_filter_work_size_from_image(avctx, global_work, output, p, 0);
 260                 if (err < 0)
 261                     goto fail;
 262
 263                 av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Run kernel on plane %d "
 264                        "(%"SIZE_SPECIFIER"x%"SIZE_SPECIFIER").\n",
 265                        p, global_work[0], global_work[1]);
 266
 267                 cle = clEnqueueNDRangeKernel(ctx->command_queue, ctx->kernel, 2, NULL,
 268                                                          global_work, NULL,
 269                                                          0, NULL, NULL);
 270                 CL_FAIL_ON_ERROR(AVERROR(EIO), "Failed to enqueue "
 271                                  "kernel: %d.\n", cle);
 272             }
 273         }
 274     }
 275
 276     cle = clFinish(ctx->command_queue);
 277     CL_FAIL_ON_ERROR(AVERROR(EIO), "Failed to finish command queue: %d.\n", cle);
 278
 279     err = av_frame_copy_props(output, input);
 280     if (err < 0)
 281         goto fail;
 282
 283     av_frame_free(&input);
 284
 285     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Filter output: %s, %ux%u (%"PRId64").\n",
 286            av_get_pix_fmt_name(output->format),
 287            output->width, output->height, output->pts);
 288
 289     return ff_filter_frame(outlink, output);
 290
 291 fail:
 292     clFinish(ctx->command_queue);
 293     av_frame_free(&input);
 294     av_frame_free(&output);
 295     return err;
 296 }
 297
 298 static av_cold void convolution_opencl_uninit(AVFilterContext *avctx)
 299 {
 300     ConvolutionOpenCLContext *ctx = avctx->priv;
 301     cl_int cle;
 302     int i;
 303
 304     for (i = 0; i < 4; i++) {
 305         clReleaseMemObject(ctx->matrix[i]);
 306     }
 307
 308     if (ctx->kernel) {
 309         cle = clReleaseKernel(ctx->kernel);
 310         if (cle != CL_SUCCESS)
 311             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to release "
 312                    "kernel: %d.\n", cle);
 313     }
 314
 315     if (ctx->command_queue) {
 316         cle = clReleaseCommandQueue(ctx->command_queue);
 317         if (cle != CL_SUCCESS)
 318             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to release "
 319                    "command queue: %d.\n", cle);
 320     }
 321
 322     ff_opencl_filter_uninit(avctx);
 323 }
 324
 325 static const AVFilterPad convolution_opencl_inputs[] = {
 326     {
 327         .name         = "default",
 328         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 329         .filter_frame = &convolution_opencl_filter_frame,
 330         .config_props = &ff_opencl_filter_config_input,
 331     },
 332 };
 333
 334 static const AVFilterPad convolution_opencl_outputs[] = {
 335     {
 336         .name         = "default",
 337         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 338         .config_props = &ff_opencl_filter_config_output,
 339     },
 340 };
 341
 342 #define OFFSET(x) offsetof(ConvolutionOpenCLContext, x)
 343 #define FLAGS (AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM | AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM)
 344
 345 #if CONFIG_CONVOLUTION_OPENCL_FILTER
 346
 347 static const AVOption convolution_opencl_options[] = {
 348     { "0m", "set matrix for 2nd plane", OFFSET(matrix_str[0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0 0 0 0 1 0 0 0 0"}, 0, 0, FLAGS },
 349     { "1m", "set matrix for 2nd plane", OFFSET(matrix_str[1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0 0 0 0 1 0 0 0 0"}, 0, 0, FLAGS },
 350     { "2m", "set matrix for 3rd plane", OFFSET(matrix_str[2]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0 0 0 0 1 0 0 0 0"}, 0, 0, FLAGS },
 351     { "3m", "set matrix for 4th plane", OFFSET(matrix_str[3]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0 0 0 0 1 0 0 0 0"}, 0, 0, FLAGS },
 352     { "0rdiv", "set rdiv for 1nd plane", OFFSET(rdivs[0]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
 353     { "1rdiv", "set rdiv for 2nd plane", OFFSET(rdivs[1]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
 354     { "2rdiv", "set rdiv for 3rd plane", OFFSET(rdivs[2]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
 355     { "3rdiv", "set rdiv for 4th plane", OFFSET(rdivs[3]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
 356     { "0bias", "set bias for 1st plane", OFFSET(biases[0]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
 357     { "1bias", "set bias for 2nd plane", OFFSET(biases[1]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
 358     { "2bias", "set bias for 3rd plane", OFFSET(biases[2]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
 359     { "3bias", "set bias for 4th plane", OFFSET(biases[3]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
 360     { NULL }
 361 };
 362
 363 AVFILTER_DEFINE_CLASS(convolution_opencl);
 364
 365 const AVFilter ff_vf_convolution_opencl = {
 366     .name           = "convolution_opencl",
 367     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply convolution mask to input video"),
 368     .priv_size      = sizeof(ConvolutionOpenCLContext),
 369     .priv_class     = &convolution_opencl_class,
 370     .init           = &ff_opencl_filter_init,
 371     .uninit         = &convolution_opencl_uninit,
 372     FILTER_INPUTS(convolution_opencl_inputs),
 373     FILTER_OUTPUTS(convolution_opencl_outputs),
 374     FILTER_SINGLE_PIXFMT(AV_PIX_FMT_OPENCL),
 375     .flags_internal = FF_FILTER_FLAG_HWFRAME_AWARE,
 376 };
 377
 378 #endif /* CONFIG_CONVOLUTION_OPENCL_FILTER */
 379
 380 #if CONFIG_SOBEL_OPENCL_FILTER
 381
 382 static const AVOption sobel_opencl_options[] = {
 383     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT,  {.i64=15}, 0, 15, FLAGS},
 384     { "scale",  "set scale",            OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0,  65535, FLAGS},
 385     { "delta",  "set delta",            OFFSET(delta), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -65535, 65535, FLAGS},
 386     { NULL }
 387 };
 388
 389 AVFILTER_DEFINE_CLASS(sobel_opencl);
 390
 391 const AVFilter ff_vf_sobel_opencl = {
 392     .name           = "sobel_opencl",
 393     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply sobel operator"),
 394     .priv_size      = sizeof(ConvolutionOpenCLContext),
 395     .priv_class     = &sobel_opencl_class,
 396     .init           = &ff_opencl_filter_init,
 397     .uninit         = &convolution_opencl_uninit,
 398     FILTER_INPUTS(convolution_opencl_inputs),
 399     FILTER_OUTPUTS(convolution_opencl_outputs),
 400     FILTER_SINGLE_PIXFMT(AV_PIX_FMT_OPENCL),
 401     .flags_internal = FF_FILTER_FLAG_HWFRAME_AWARE,
 402 };
 403
 404 #endif /* CONFIG_SOBEL_OPENCL_FILTER */
 405
 406 #if CONFIG_PREWITT_OPENCL_FILTER
 407
 408 static const AVOption prewitt_opencl_options[] = {
 409     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT,  {.i64=15}, 0, 15, FLAGS},
 410     { "scale",  "set scale",            OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0,  65535, FLAGS},
 411     { "delta",  "set delta",            OFFSET(delta), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -65535, 65535, FLAGS},
 412     { NULL }
 413 };
 414
 415 AVFILTER_DEFINE_CLASS(prewitt_opencl);
 416
 417 const AVFilter ff_vf_prewitt_opencl = {
 418     .name           = "prewitt_opencl",
 419     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply prewitt operator"),
 420     .priv_size      = sizeof(ConvolutionOpenCLContext),
 421     .priv_class     = &prewitt_opencl_class,
 422     .init           = &ff_opencl_filter_init,
 423     .uninit         = &convolution_opencl_uninit,
 424     FILTER_INPUTS(convolution_opencl_inputs),
 425     FILTER_OUTPUTS(convolution_opencl_outputs),
 426     FILTER_SINGLE_PIXFMT(AV_PIX_FMT_OPENCL),
 427     .flags_internal = FF_FILTER_FLAG_HWFRAME_AWARE,
 428 };
 429
 430 #endif /* CONFIG_PREWITT_OPENCL_FILTER */
 431
 432 #if CONFIG_ROBERTS_OPENCL_FILTER
 433
 434 static const AVOption roberts_opencl_options[] = {
 435     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT,  {.i64=15}, 0, 15, FLAGS},
 436     { "scale",  "set scale",            OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0,  65535, FLAGS},
 437     { "delta",  "set delta",            OFFSET(delta), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -65535, 65535, FLAGS},
 438     { NULL }
 439 };
 440
 441 AVFILTER_DEFINE_CLASS(roberts_opencl);
 442
 443 const AVFilter ff_vf_roberts_opencl = {
 444     .name           = "roberts_opencl",
 445     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply roberts operator"),
 446     .priv_size      = sizeof(ConvolutionOpenCLContext),
 447     .priv_class     = &roberts_opencl_class,
 448     .init           = &ff_opencl_filter_init,
 449     .uninit         = &convolution_opencl_uninit,
 450     FILTER_INPUTS(convolution_opencl_inputs),
 451     FILTER_OUTPUTS(convolution_opencl_outputs),
 452     FILTER_SINGLE_PIXFMT(AV_PIX_FMT_OPENCL),
 453     .flags_internal = FF_FILTER_FLAG_HWFRAME_AWARE,
 454 };
 455
 456 #endif /* CONFIG_ROBERTS_OPENCL_FILTER */