Conversão de cores de DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM em NV12 na GPU usando shaders de pixel DirectX11

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Estou trabalhando em um código para capturar a área de trabalho usando a duplicação da área de trabalho e codificar o mesmo para o h264 usando o Intel hardwareMFT. O codificador aceita apenas o formato NV12 como entrada. Eu tenho um conversor DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM para NV12 ( https://github.com/NVIDIA/video-sdk-samples/blob/master/nvEncDXGIOutputDuplicationSample/Preproc.cpp ) que funciona bem e é baseado no DirectX VideoProcessor.

O problema é que o VideoProcessor em determinado hardware gráfico da Intel suporta conversões apenas de DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM para YUY2, mas não NV12, confirmei o mesmo enumerando os formatos suportados por GetVideoProcessorOutputFormats. Embora o VideoProcessor Blt tenha sido bem-sucedido, sem erros, e eu pude ver que os quadros no vídeo de saída estão um pouco pixelizados, eu poderia notar se olhar de perto.

Eu acho que o VideoProcessor simplesmente falhou no próximo formato de saída suportado (YUY2) e, sem saber, estou alimentando-o com o codificador que pensa que a entrada está no NV12 como configurada. Não há falha ou grande corrupção de quadros devido ao fato de haver pouca diferença como ordem de bytes e subamostragem entre NV12 e YUY2. Além disso, não tenho problemas de pixelização no hardware que suporta a conversão NV12.

Por isso, decidi fazer a conversão de cores usando sombreadores de pixel baseados neste código ( https://github.com/bavulapati/DXGICaptureDXColorSpaceConversionIntelEncode/blob/master/DXGICaptureDXColorSpaceConversionIntelEncode/DuplicationManager.cpp ). Sou capaz de fazer os pixel shaders funcionarem, também carreguei meu código aqui ( https://codeshare.io/5PJjxP ) para referência (simplificado o máximo possível).

Agora, fiquei com dois canais, chroma e luma, respectivamente (texturas ID3D11Texture2D). E estou realmente confuso sobre compactar com eficiência os dois canais separados em uma textura ID3D11Texture2D, para que eu possa alimentar o mesmo com o codificador. Existe uma maneira de compactar com eficiência os canais Y e UV em um único ID3D11Texture2D na GPU? Estou realmente cansado de abordagens baseadas em CPU devido ao fato de ser caro e não oferecer as melhores taxas de quadros possíveis. Na verdade, estou relutante em copiar as texturas para a CPU. Estou pensando em uma maneira de fazê-lo na GPU sem nenhuma cópia entre a CPU e a GPU.

Eu tenho pesquisado isso por algum tempo, sem qualquer progresso, qualquer ajuda seria apreciada.

/**
* This method is incomplete. It's just a template of what I want to achieve.
*/

HRESULT CreateNV12TextureFromLumaAndChromaSurface(ID3D11Texture2D** pOutputTexture)
{
    HRESULT hr = S_OK;

    try
    {
        //Copying from GPU to CPU. Bad :(
        m_pD3D11DeviceContext->CopyResource(m_CPUAccessibleLuminanceSurf, m_LuminanceSurf);

        D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE resource;
        UINT subresource = D3D11CalcSubresource(0, 0, 0);

        HRESULT hr = m_pD3D11DeviceContext->Map(m_CPUAccessibleLuminanceSurf, subresource, D3D11_MAP_READ, 0, &resource);

        BYTE* sptr = reinterpret_cast<BYTE*>(resource.pData);
        BYTE* dptrY = nullptr; // point to the address of Y channel in output surface

        //Store Image Pitch
        int m_ImagePitch = resource.RowPitch;

        int height = GetImageHeight();
        int width = GetImageWidth();

        for (int i = 0; i < height; i++)
        {
            memcpy_s(dptrY, m_ImagePitch, sptr, m_ImagePitch);

            sptr += m_ImagePitch;
            dptrY += m_ImagePitch;
        }

        m_pD3D11DeviceContext->Unmap(m_CPUAccessibleLuminanceSurf, subresource);

        //Copying from GPU to CPU. Bad :(
        m_pD3D11DeviceContext->CopyResource(m_CPUAccessibleChrominanceSurf, m_ChrominanceSurf);
        hr = m_pD3D11DeviceContext->Map(m_CPUAccessibleChrominanceSurf, subresource, D3D11_MAP_READ, 0, &resource);

        sptr = reinterpret_cast<BYTE*>(resource.pData);
        BYTE* dptrUV = nullptr; // point to the address of UV channel in output surface

        m_ImagePitch = resource.RowPitch;
        height /= 2;
        width /= 2;

        for (int i = 0; i < height; i++)
        {
            memcpy_s(dptrUV, m_ImagePitch, sptr, m_ImagePitch);

            sptr += m_ImagePitch;
            dptrUV += m_ImagePitch;
        }

        m_pD3D11DeviceContext->Unmap(m_CPUAccessibleChrominanceSurf, subresource);
    }
    catch(HRESULT){}

    return hr;
}

Empate NV12:

 //
// Draw frame for NV12 texture
//
HRESULT DrawNV12Frame(ID3D11Texture2D* inputTexture)
{
    HRESULT hr;

    // If window was resized, resize swapchain
    if (!m_bIntialized)
    {
        HRESULT Ret = InitializeNV12Surfaces(inputTexture);
        if (!SUCCEEDED(Ret))
        {
            return Ret;
        }

        m_bIntialized = true;
    }

    m_pD3D11DeviceContext->CopyResource(m_ShaderResourceSurf, inputTexture);

    D3D11_TEXTURE2D_DESC FrameDesc;
    m_ShaderResourceSurf->GetDesc(&FrameDesc);

    D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC ShaderDesc;
    ShaderDesc.Format = FrameDesc.Format;
    ShaderDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D;
    ShaderDesc.Texture2D.MostDetailedMip = FrameDesc.MipLevels - 1;
    ShaderDesc.Texture2D.MipLevels = FrameDesc.MipLevels;

    // Create new shader resource view
    ID3D11ShaderResourceView* ShaderResource = nullptr;
    hr = m_pD3D11Device->CreateShaderResourceView(m_ShaderResourceSurf, &ShaderDesc, &ShaderResource);

    IF_FAILED_THROW(hr);

    m_pD3D11DeviceContext->PSSetShaderResources(0, 1, &ShaderResource);

    // Set resources
    m_pD3D11DeviceContext->OMSetRenderTargets(1, &m_pLumaRT, nullptr);
    m_pD3D11DeviceContext->PSSetShader(m_pPixelShaderLuma, nullptr, 0);
    m_pD3D11DeviceContext->RSSetViewports(1, &m_VPLuminance);

    // Draw textured quad onto render target
    m_pD3D11DeviceContext->Draw(NUMVERTICES, 0);

    m_pD3D11DeviceContext->OMSetRenderTargets(1, &m_pChromaRT, nullptr);
    m_pD3D11DeviceContext->PSSetShader(m_pPixelShaderChroma, nullptr, 0);
    m_pD3D11DeviceContext->RSSetViewports(1, &m_VPChrominance);

    // Draw textured quad onto render target
    m_pD3D11DeviceContext->Draw(NUMVERTICES, 0);

    // Release shader resource
    ShaderResource->Release();
    ShaderResource = nullptr;

    return S_OK;
}

Shaders de inicialização:

void SetViewPort(D3D11_VIEWPORT* VP, UINT Width, UINT Height)
{
    VP->Width = static_cast<FLOAT>(Width);
    VP->Height = static_cast<FLOAT>(Height);
    VP->MinDepth = 0.0f;
    VP->MaxDepth = 1.0f;
    VP->TopLeftX = 0;
    VP->TopLeftY = 0;
}

HRESULT MakeRTV(ID3D11RenderTargetView** pRTV, ID3D11Texture2D* pSurf)
{
    if (*pRTV)
    {
        (*pRTV)->Release();
        *pRTV = nullptr;
    }
    // Create a render target view
    HRESULT hr = m_pD3D11Device->CreateRenderTargetView(pSurf, nullptr, pRTV);

    IF_FAILED_THROW(hr);

    return S_OK;
}

HRESULT InitializeNV12Surfaces(ID3D11Texture2D* inputTexture)
{
    ReleaseSurfaces();

    D3D11_TEXTURE2D_DESC lOutputDuplDesc;
    inputTexture->GetDesc(&lOutputDuplDesc);


    // Create shared texture for all duplication threads to draw into
    D3D11_TEXTURE2D_DESC DeskTexD;
    RtlZeroMemory(&DeskTexD, sizeof(D3D11_TEXTURE2D_DESC));
    DeskTexD.Width = lOutputDuplDesc.Width;
    DeskTexD.Height = lOutputDuplDesc.Height;
    DeskTexD.MipLevels = 1;
    DeskTexD.ArraySize = 1;
    DeskTexD.Format = lOutputDuplDesc.Format;
    DeskTexD.SampleDesc.Count = 1;
    DeskTexD.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
    DeskTexD.BindFlags = D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE;

    HRESULT hr = m_pD3D11Device->CreateTexture2D(&DeskTexD, nullptr, &m_ShaderResourceSurf);
    IF_FAILED_THROW(hr);

    DeskTexD.Format = DXGI_FORMAT_R8_UNORM;
    DeskTexD.BindFlags = D3D11_BIND_RENDER_TARGET;

    hr = m_pD3D11Device->CreateTexture2D(&DeskTexD, nullptr, &m_LuminanceSurf);
    IF_FAILED_THROW(hr);

    DeskTexD.CPUAccessFlags = D3D11_CPU_ACCESS_READ;
    DeskTexD.Usage = D3D11_USAGE_STAGING;
    DeskTexD.BindFlags = 0;

    hr = m_pD3D11Device->CreateTexture2D(&DeskTexD, NULL, &m_CPUAccessibleLuminanceSurf);
    IF_FAILED_THROW(hr);

    SetViewPort(&m_VPLuminance, DeskTexD.Width, DeskTexD.Height);

    HRESULT Ret = MakeRTV(&m_pLumaRT, m_LuminanceSurf);
    if (!SUCCEEDED(Ret))
        return Ret;

    DeskTexD.Width = lOutputDuplDesc.Width / 2;
    DeskTexD.Height = lOutputDuplDesc.Height / 2;
    DeskTexD.Format = DXGI_FORMAT_R8G8_UNORM;

    DeskTexD.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
    DeskTexD.CPUAccessFlags = 0;
    DeskTexD.BindFlags = D3D11_BIND_RENDER_TARGET;

    hr = m_pD3D11Device->CreateTexture2D(&DeskTexD, nullptr, &m_ChrominanceSurf);
    IF_FAILED_THROW(hr);

    DeskTexD.CPUAccessFlags = D3D11_CPU_ACCESS_READ;
    DeskTexD.Usage = D3D11_USAGE_STAGING;
    DeskTexD.BindFlags = 0;

    hr = m_pD3D11Device->CreateTexture2D(&DeskTexD, NULL, &m_CPUAccessibleChrominanceSurf);
    IF_FAILED_THROW(hr);

    SetViewPort(&m_VPChrominance, DeskTexD.Width, DeskTexD.Height);
    return MakeRTV(&m_pChromaRT, m_ChrominanceSurf);
}

HRESULT InitVertexShader(ID3D11VertexShader** ppID3D11VertexShader)
{
    HRESULT hr = S_OK;
    UINT Size = ARRAYSIZE(g_VS);

    try
    {
        IF_FAILED_THROW(m_pD3D11Device->CreateVertexShader(g_VS, Size, NULL, ppID3D11VertexShader));;

        m_pD3D11DeviceContext->VSSetShader(m_pVertexShader, nullptr, 0);

        // Vertices for drawing whole texture
        VERTEX Vertices[NUMVERTICES] =
        {
            { XMFLOAT3(-1.0f, -1.0f, 0), XMFLOAT2(0.0f, 1.0f) },
            { XMFLOAT3(-1.0f, 1.0f, 0), XMFLOAT2(0.0f, 0.0f) },
            { XMFLOAT3(1.0f, -1.0f, 0), XMFLOAT2(1.0f, 1.0f) },
            { XMFLOAT3(1.0f, -1.0f, 0), XMFLOAT2(1.0f, 1.0f) },
            { XMFLOAT3(-1.0f, 1.0f, 0), XMFLOAT2(0.0f, 0.0f) },
            { XMFLOAT3(1.0f, 1.0f, 0), XMFLOAT2(1.0f, 0.0f) },
        };

        UINT Stride = sizeof(VERTEX);
        UINT Offset = 0;

        D3D11_BUFFER_DESC BufferDesc;
        RtlZeroMemory(&BufferDesc, sizeof(BufferDesc));
        BufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
        BufferDesc.ByteWidth = sizeof(VERTEX) * NUMVERTICES;
        BufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;
        BufferDesc.CPUAccessFlags = 0;
        D3D11_SUBRESOURCE_DATA InitData;
        RtlZeroMemory(&InitData, sizeof(InitData));
        InitData.pSysMem = Vertices;

        // Create vertex buffer
        IF_FAILED_THROW(m_pD3D11Device->CreateBuffer(&BufferDesc, &InitData, &m_VertexBuffer));

        m_pD3D11DeviceContext->IASetVertexBuffers(0, 1, &m_VertexBuffer, &Stride, &Offset);
        m_pD3D11DeviceContext->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);

        D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC Layout[] =
        {
            { "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
            { "TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 12, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }
        };

        UINT NumElements = ARRAYSIZE(Layout);
        hr = m_pD3D11Device->CreateInputLayout(Layout, NumElements, g_VS, Size, &m_pVertexLayout);

        m_pD3D11DeviceContext->IASetInputLayout(m_pVertexLayout);
    }
    catch (HRESULT) {}

    return hr;
}

HRESULT InitPixelShaders()
{
    HRESULT hr = S_OK;
    // Refer https://codeshare.io/5PJjxP for g_PS_Y & g_PS_UV blobs
    try
    {
        UINT Size = ARRAYSIZE(g_PS_Y);
        hr = m_pD3D11Device->CreatePixelShader(g_PS_Y, Size, nullptr, &m_pPixelShaderChroma);

        IF_FAILED_THROW(hr);

        Size = ARRAYSIZE(g_PS_UV);
        hr = m_pD3D11Device->CreatePixelShader(g_PS_UV, Size, nullptr, &m_pPixelShaderLuma);

        IF_FAILED_THROW(hr);
    }
    catch (HRESULT) {}

    return hr;
}
directx directx-11 yuv ms-media-foundation pixel-shader RAM
fonte
Isso deve ser verificado, mas acho que no hardware em que o VideoProcessor pode produzir apenas para YUY2, o codificador de hardware também aceita YUY2. Portanto, você pode verificá-lo e alimentar a saída do VideoProcessor para o codificador diretamente neste caso.
VuVirt #
@VuVirt, também acho o mesmo, mas quando tentei enumerar o codificador de hardware com o YUY2 como tipo de entrada, não obtive nenhum codificador retornado.
Ram
É possível que você tenha experimentado um PC com GPU duplo?
VuVirt 25/11/19
Tenho certeza de que não estou executando em uma máquina com várias placas gráficas. Ainda estou imaginando como esse tipo de incompatibilidade pode acontecer. Vou tentar atualizar mais detalhes neste tópico.
Ram

Respostas:

5

Estou experimentando essa conversão RGBA para NV12 apenas na GPU, usando o DirectX11.

Este é um bom desafio. Eu não estou familiarizado com o Directx11, então esta é minha primeira experimentação.

Verifique este projeto para atualizações: D3D11ShaderNV12

Na minha implementação atual (pode não ser a última), aqui está o que eu faço:

  • Etapa 1: use um DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM como textura de entrada
  • Etapa 2: faça um shader de 1º passe para obter 3 texturas (Y: Luma, U: ChromaCb e V: ChromaCr): consulte YCbCrPS2.hlsl
  • Etapa 3: Y é DXGI_FORMAT_R8_UNORM e está pronto para a textura NV12 final
  • Etapa 4: a UV precisa ser reduzida em um shader de 2ª passagem: consulte ScreenPS2.hlsl (usando filtragem linear)
  • Etapa 5: um terceiro shader de passagem para provar a textura Y
  • Etapa 6: um quarto shader de passagem para provar a textura UV usando uma textura shift (acho que outra técnica poderia ser usada)

ShaderNV12

Minha textura final não é DXGI_FORMAT_NV12, mas uma textura DXGI_FORMAT_R8_UNORM semelhante. Meu computador é Windows7, portanto, o DXGI_FORMAT_NV12 não é tratado. Vou tentar mais tarde em outro computador.

O processo com fotos:

RenderTarget

mofo77
fonte
Ótimo. Era exatamente isso que eu estava procurando. Obrigado.
Ram
Você pode tentar substituir seu segundo passe de renderização pela chamada ID3D11DeviceContext :: GenerateMips. Ele é implementado profundamente no driver da GPU, pode ser mais rápido que o passe de renderização extra no seu código.
Soonts 01/12/19
Não sei se é mais rápido ou não, mas adicionei uma variante para usar o GenerateMips, em vez do sombreador. É uma técnica interessante. Obrigado pelas dicas.
precisa saber é