libavfilter/vsrc_testsrc_vulkan.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) Lynne
   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 "libavutil/random_seed.h"
  22 #include "libavutil/csp.h"
  23 #include "libavutil/opt.h"
  24 #include "vulkan_filter.h"
  25 #include "vulkan_spirv.h"
  26 #include "internal.h"
  27 #include "filters.h"
  28 #include "colorspace.h"
  29 #include "video.h"
  30
  31 enum TestSrcVulkanMode {
  32     TESTSRC_COLOR,
  33 };
  34
  35 typedef struct TestSrcVulkanPushData {
  36     float color_comp[4];
  37 } TestSrcVulkanPushData;
  38
  39 typedef struct TestSrcVulkanContext {
  40     FFVulkanContext vkctx;
  41
  42     int initialized;
  43     FFVulkanPipeline pl;
  44     FFVkExecPool e;
  45     FFVkQueueFamilyCtx qf;
  46     FFVkSPIRVShader shd;
  47
  48     /* Only used by color_vulkan */
  49     uint8_t color_rgba[4];
  50
  51     TestSrcVulkanPushData opts;
  52
  53     int w, h;
  54     int pw, ph;
  55     char *out_format_string;
  56     enum AVColorRange out_range;
  57     unsigned int nb_frame;
  58     AVRational time_base, frame_rate;
  59     int64_t pts;
  60     int64_t duration;           ///< duration expressed in microseconds
  61     AVRational sar;             ///< sample aspect ratio
  62     int draw_once;              ///< draw only the first frame, always put out the same picture
  63     int draw_once_reset;        ///< draw only the first frame or in case of reset
  64     AVFrame *picref;            ///< cached reference containing the painted picture
  65 } TestSrcVulkanContext;
  66
  67 static av_cold int init_filter(AVFilterContext *ctx, enum TestSrcVulkanMode mode)
  68 {
  69     int err;
  70     uint8_t *spv_data;
  71     size_t spv_len;
  72     void *spv_opaque = NULL;
  73     TestSrcVulkanContext *s = ctx->priv;
  74     FFVulkanContext *vkctx = &s->vkctx;
  75     const int planes = av_pix_fmt_count_planes(s->vkctx.output_format);
  76     FFVkSPIRVShader *shd = &s->shd;
  77     FFVkSPIRVCompiler *spv;
  78     FFVulkanDescriptorSetBinding *desc_set;
  79     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(s->vkctx.output_format);
  80
  81     spv = ff_vk_spirv_init();
  82     if (!spv) {
  83         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to initialize SPIR-V compiler!\n");
  84         return AVERROR_EXTERNAL;
  85     }
  86
  87     ff_vk_qf_init(vkctx, &s->qf, VK_QUEUE_COMPUTE_BIT);
  88     RET(ff_vk_exec_pool_init(vkctx, &s->qf, &s->e, s->qf.nb_queues*4, 0, 0, 0, NULL));
  89     RET(ff_vk_shader_init(&s->pl, &s->shd, "testsrc_compute",
  90                           VK_SHADER_STAGE_COMPUTE_BIT, 0));
  91
  92     ff_vk_shader_set_compute_sizes(&s->shd, 32, 32, 1);
  93
  94     GLSLC(0, layout(push_constant, std430) uniform pushConstants {        );
  95     GLSLC(1,    vec4 color_comp;                                          );
  96     GLSLC(0, };                                                           );
  97     GLSLC(0,                                                              );
  98
  99     ff_vk_add_push_constant(&s->pl, 0, sizeof(s->opts),
 100                             VK_SHADER_STAGE_COMPUTE_BIT);
 101
 102     desc_set = (FFVulkanDescriptorSetBinding []) {
 103         {
 104             .name       = "output_img",
 105             .type       = VK_DESCRIPTOR_TYPE_STORAGE_IMAGE,
 106             .mem_layout = ff_vk_shader_rep_fmt(s->vkctx.output_format),
 107             .mem_quali  = "writeonly",
 108             .dimensions = 2,
 109             .elems      = planes,
 110             .stages     = VK_SHADER_STAGE_COMPUTE_BIT,
 111         },
 112     };
 113
 114     RET(ff_vk_pipeline_descriptor_set_add(vkctx, &s->pl, shd, desc_set, 1, 0, 0));
 115
 116     GLSLC(0, void main()                                                  );
 117     GLSLC(0, {                                                            );
 118     GLSLC(1,     ivec2 pos = ivec2(gl_GlobalInvocationID.xy);             );
 119     if (mode == TESTSRC_COLOR) {
 120         double rgb2yuv[3][3];
 121         double rgbad[4];
 122         double yuvad[4];
 123
 124         enum AVColorSpace csp;
 125         const AVLumaCoefficients *luma = NULL;
 126
 127         s->draw_once = 1;
 128
 129         if (desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB)
 130             csp = AVCOL_SPC_RGB;
 131         else
 132             csp = AVCOL_SPC_SMPTE170M;
 133
 134         if (!(desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB) && !(luma = av_csp_luma_coeffs_from_avcsp(csp)))
 135             return AVERROR(EINVAL);
 136         else if (!(desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB))
 137             ff_fill_rgb2yuv_table(luma, rgb2yuv);
 138
 139         for (int i = 0; i < 4; i++)
 140             rgbad[i] = s->color_rgba[i] / 255.0;
 141
 142         if (!(desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB))
 143             ff_matrix_mul_3x3_vec(yuvad, rgbad, rgb2yuv);
 144         else
 145             memcpy(yuvad, rgbad, sizeof(rgbad));
 146
 147         yuvad[3] = rgbad[3];
 148
 149         if (!(desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB)) {
 150             for (int i = 0; i < 3; i++) {
 151                 int chroma = (!(desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB) && i > 0);
 152                 if (s->out_range == AVCOL_RANGE_MPEG) {
 153                     yuvad[i] *= (chroma ? 224.0 : 219.0) / 255.0;
 154                     yuvad[i] += (chroma ? 128.0 :  16.0) / 255.0;
 155                 } else if (chroma) {
 156                     yuvad[i] += 0.5;
 157                 }
 158             }
 159         }
 160
 161         /* Ensure we place the alpha appropriately for gray formats */
 162         if (desc->nb_components <= 2)
 163             yuvad[1] = yuvad[3];
 164
 165         for (int i = 0; i < 4; i++)
 166             s->opts.color_comp[i] = yuvad[i];
 167
 168         GLSLC(1,     vec4 r;                                                  );
 169         GLSLC(0,                                                              );
 170         for (int i = 0, c_off = 0; i < planes; i++) {
 171             for (int c = 0; c < desc->nb_components; c++) {
 172                 if (desc->comp[c].plane == i) {
 173                     int off = desc->comp[c].offset / (FFALIGN(desc->comp[c].depth, 8)/8);
 174                     GLSLF(1, r[%i] = color_comp[%i];             ,off, c_off++);
 175                 }
 176             }
 177             GLSLF(1, imageStore(output_img[%i], pos, r);                    ,i);
 178             GLSLC(0,                                                          );
 179         }
 180     }
 181     GLSLC(0, }                                                            );
 182
 183     RET(spv->compile_shader(spv, ctx, shd, &spv_data, &spv_len, "main",
 184                             &spv_opaque));
 185     RET(ff_vk_shader_create(vkctx, shd, spv_data, spv_len, "main"));
 186
 187     RET(ff_vk_init_compute_pipeline(vkctx, &s->pl, shd));
 188     RET(ff_vk_exec_pipeline_register(vkctx, &s->e, &s->pl));
 189
 190     s->initialized = 1;
 191
 192 fail:
 193     if (spv_opaque)
 194         spv->free_shader(spv, &spv_opaque);
 195     if (spv)
 196         spv->uninit(&spv);
 197
 198     return err;
 199 }
 200
 201 static int testsrc_vulkan_activate(AVFilterContext *ctx)
 202 {
 203     int err;
 204     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 205     TestSrcVulkanContext *s = ctx->priv;
 206     AVFrame *frame;
 207
 208     if (!s->initialized) {
 209         enum TestSrcVulkanMode mode = TESTSRC_COLOR;
 210         err = init_filter(ctx, mode);
 211         if (err < 0)
 212             return err;
 213     }
 214
 215     if (!ff_outlink_frame_wanted(outlink))
 216         return FFERROR_NOT_READY;
 217     if (s->duration >= 0 &&
 218         av_rescale_q(s->pts, s->time_base, AV_TIME_BASE_Q) >= s->duration) {
 219         ff_outlink_set_status(outlink, AVERROR_EOF, s->pts);
 220         return 0;
 221     }
 222
 223     if (s->draw_once) {
 224         if (s->draw_once_reset) {
 225             av_frame_free(&s->picref);
 226             s->draw_once_reset = 0;
 227         }
 228         if (!s->picref) {
 229             s->picref = ff_get_video_buffer(outlink, s->w, s->h);
 230             if (!s->picref)
 231                 return AVERROR(ENOMEM);
 232
 233             err = ff_vk_filter_process_simple(&s->vkctx, &s->e, &s->pl, s->picref, NULL,
 234                                               NULL, &s->opts, sizeof(s->opts));
 235             if (err < 0)
 236                 return err;
 237         }
 238         frame = av_frame_clone(s->picref);
 239     } else {
 240         frame = ff_get_video_buffer(outlink, s->w, s->h);
 241     }
 242
 243     if (!frame)
 244         return AVERROR(ENOMEM);
 245
 246     frame->pts                 = s->pts;
 247     frame->duration            = 1;
 248     frame->flags               = AV_FRAME_FLAG_KEY;
 249     frame->pict_type           = AV_PICTURE_TYPE_I;
 250     frame->sample_aspect_ratio = s->sar;
 251     if (!s->draw_once) {
 252         err = ff_vk_filter_process_simple(&s->vkctx, &s->e, &s->pl, frame, NULL,
 253                                           NULL, &s->opts, sizeof(s->opts));
 254         if (err < 0) {
 255             av_frame_free(&frame);
 256             return err;
 257         }
 258     }
 259
 260     s->pts++;
 261     s->nb_frame++;
 262
 263     return ff_filter_frame(outlink, frame);
 264 }
 265
 266 static int testsrc_vulkan_config_props(AVFilterLink *outlink)
 267 {
 268     int err;
 269     TestSrcVulkanContext *s = outlink->src->priv;
 270     FFVulkanContext *vkctx = &s->vkctx;
 271
 272     if (!s->out_format_string) {
 273         vkctx->output_format = AV_PIX_FMT_YUV444P;
 274     } else {
 275         vkctx->output_format = av_get_pix_fmt(s->out_format_string);
 276         if (vkctx->output_format == AV_PIX_FMT_NONE) {
 277             av_log(vkctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid output format.\n");
 278             return AVERROR(EINVAL);
 279         }
 280     }
 281
 282     err = ff_vk_filter_init_context(outlink->src, vkctx, NULL,
 283                                     s->w, s->h, vkctx->output_format);
 284     if (err < 0)
 285         return err;
 286
 287     outlink->hw_frames_ctx = av_buffer_ref(vkctx->frames_ref);
 288     if (!outlink->hw_frames_ctx)
 289         return AVERROR(ENOMEM);
 290
 291     s->time_base = av_inv_q(s->frame_rate);
 292     s->nb_frame = 0;
 293     s->pts = 0;
 294
 295     s->vkctx.output_width = s->w;
 296     s->vkctx.output_height = s->h;
 297     outlink->w = s->w;
 298     outlink->h = s->h;
 299     outlink->sample_aspect_ratio = s->sar;
 300     outlink->frame_rate = s->frame_rate;
 301     outlink->time_base  = s->time_base;
 302
 303     return 0;
 304 }
 305
 306 static void testsrc_vulkan_uninit(AVFilterContext *avctx)
 307 {
 308     TestSrcVulkanContext *s = avctx->priv;
 309     FFVulkanContext *vkctx = &s->vkctx;
 310
 311     av_frame_free(&s->picref);
 312
 313     ff_vk_exec_pool_free(vkctx, &s->e);
 314     ff_vk_pipeline_free(vkctx, &s->pl);
 315     ff_vk_shader_free(vkctx, &s->shd);
 316
 317     ff_vk_uninit(&s->vkctx);
 318
 319     s->initialized = 0;
 320 }
 321
 322 #define OFFSET(x) offsetof(TestSrcVulkanContext, x)
 323 #define FLAGS (AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM | AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM)
 324
 325 #define COMMON_OPTS                                                                                                                           \
 326     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, { .str = "1920x1080" }, 0, 0, FLAGS },                                     \
 327     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, { .str = "1920x1080" }, 0, 0, FLAGS },                                     \
 328                                                                                                                                               \
 329     { "rate", "set video rate", OFFSET(frame_rate), AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, { .str = "60" }, 0, INT_MAX, FLAGS },                             \
 330     { "r",    "set video rate", OFFSET(frame_rate), AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, { .str = "60" }, 0, INT_MAX, FLAGS },                             \
 331                                                                                                                                               \
 332     { "duration", "set video duration", OFFSET(duration), AV_OPT_TYPE_DURATION, { .i64 = -1 }, -1, INT64_MAX, FLAGS },                        \
 333     { "d",        "set video duration", OFFSET(duration), AV_OPT_TYPE_DURATION, { .i64 = -1 }, -1, INT64_MAX, FLAGS },                        \
 334                                                                                                                                               \
 335     { "sar", "set video sample aspect ratio", OFFSET(sar), AV_OPT_TYPE_RATIONAL, { .dbl = 1 },  0, INT_MAX, FLAGS },                          \
 336                                                                                                                                               \
 337     { "format", "Output video format (software format of hardware frames)", OFFSET(out_format_string), AV_OPT_TYPE_STRING, .flags = FLAGS },
 338
 339 static const AVOption color_vulkan_options[] = {
 340     { "color", "set color", OFFSET(color_rgba), AV_OPT_TYPE_COLOR, {.str = "black"}, 0, 0, FLAGS },
 341     { "c",     "set color", OFFSET(color_rgba), AV_OPT_TYPE_COLOR, {.str = "black"}, 0, 0, FLAGS },
 342     COMMON_OPTS
 343     { "out_range", "Output colour range (from 0 to 2) (default 0)", OFFSET(out_range), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED}, AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED, AVCOL_RANGE_JPEG, .flags = FLAGS, "range" },
 344         { "full", "Full range", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = AVCOL_RANGE_JPEG }, 0, 0, FLAGS, "range" },
 345         { "limited", "Limited range", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = AVCOL_RANGE_MPEG }, 0, 0, FLAGS, "range" },
 346         { "jpeg", "Full range", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = AVCOL_RANGE_JPEG }, 0, 0, FLAGS, "range" },
 347         { "mpeg", "Limited range", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = AVCOL_RANGE_MPEG }, 0, 0, FLAGS, "range" },
 348         { "tv", "Limited range", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = AVCOL_RANGE_MPEG }, 0, 0, FLAGS, "range" },
 349         { "pc", "Full range", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = AVCOL_RANGE_JPEG }, 0, 0, FLAGS, "range" },
 350     { NULL },
 351 };
 352
 353 AVFILTER_DEFINE_CLASS(color_vulkan);
 354
 355 static const AVFilterPad testsrc_vulkan_outputs[] = {
 356     {
 357         .name = "default",
 358         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 359         .config_props = testsrc_vulkan_config_props,
 360     },
 361 };
 362
 363 const AVFilter ff_vsrc_color_vulkan = {
 364     .name           = "color_vulkan",
 365     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Generate a constant color (Vulkan)"),
 366     .priv_size      = sizeof(TestSrcVulkanContext),
 367     .init           = &ff_vk_filter_init,
 368     .uninit         = &testsrc_vulkan_uninit,
 369     .inputs         = NULL,
 370     .flags          = AVFILTER_FLAG_HWDEVICE,
 371     .activate       = testsrc_vulkan_activate,
 372     FILTER_OUTPUTS(testsrc_vulkan_outputs),
 373     FILTER_SINGLE_PIXFMT(AV_PIX_FMT_VULKAN),
 374     .priv_class     = &color_vulkan_class,
 375     .flags_internal = FF_FILTER_FLAG_HWFRAME_AWARE,
 376 };