Add autonomous CUDA kernel that computes all params on GPU
This commit is contained in:
@@ -316,35 +316,350 @@ def _build_params(effects: List[dict], dynamic_params: dict) -> cp.ndarray:
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return cp.array(params, dtype=cp.float32)
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return cp.array(params, dtype=cp.float32)
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def compile_autonomous_pipeline(effects: List[dict], width: int, height: int,
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dynamic_expressions: dict = None) -> callable:
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"""
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Compile a fully autonomous pipeline that computes ALL parameters on GPU.
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This eliminates Python from the hot path - the kernel computes time-based
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parameters (sin, cos, etc.) directly on GPU.
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Args:
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effects: List of effect dicts
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width, height: Frame dimensions
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dynamic_expressions: Dict mapping param names to expressions, e.g.:
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{'rotate_angle': 't * 30',
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'ripple_phase': 't * 2',
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'brightness_factor': '0.8 + 0.4 * sin(t * 2)'}
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Returns:
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Callable that takes (frame, frame_num, fps) and returns output frame
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"""
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if dynamic_expressions is None:
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dynamic_expressions = {}
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# Generate cache key
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ops_key = str([(e['op'], {k:v for k,v in e.items() if k != 'src2'}) for e in effects])
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expr_key = str(sorted(dynamic_expressions.items()))
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cache_key = f"auto_{width}x{height}_{hashlib.md5((ops_key + expr_key).encode()).hexdigest()}"
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if cache_key in _COMPILED_KERNELS:
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return _COMPILED_KERNELS[cache_key]
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# Generate autonomous kernel code
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kernel_code = _generate_autonomous_kernel(effects, width, height, dynamic_expressions)
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# Compile kernel
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kernel = cp.RawKernel(kernel_code, 'autonomous_pipeline')
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# Create wrapper function
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def run_autonomous(frame: cp.ndarray, frame_num: int, fps: float = 30.0) -> cp.ndarray:
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"""Run the autonomous pipeline - no Python in the hot path!"""
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if frame.dtype != cp.uint8:
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frame = cp.clip(frame, 0, 255).astype(cp.uint8)
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if not frame.flags['C_CONTIGUOUS']:
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frame = cp.ascontiguousarray(frame)
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output = cp.zeros_like(frame)
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block = (16, 16)
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grid = ((width + 15) // 16, (height + 15) // 16)
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# Only pass frame_num and fps - kernel computes everything else!
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t = float(frame_num) / float(fps)
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kernel(grid, block, (frame, output, np.int32(width), np.int32(height),
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np.float32(t), np.int32(frame_num)))
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return output
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_COMPILED_KERNELS[cache_key] = run_autonomous
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return run_autonomous
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def _generate_autonomous_kernel(effects: List[dict], width: int, height: int,
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dynamic_expressions: dict) -> str:
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"""Generate CUDA kernel that computes everything autonomously."""
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# Map simple expressions to CUDA code
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def expr_to_cuda(expr: str) -> str:
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"""Convert simple expression to CUDA."""
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expr = expr.replace('sin(', 'sinf(')
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expr = expr.replace('cos(', 'cosf(')
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expr = expr.replace('abs(', 'fabsf(')
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return expr
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code = r'''
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extern "C" __global__
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void autonomous_pipeline(
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const unsigned char* src,
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unsigned char* dst,
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int width, int height,
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float t, int frame_num
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) {
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int x = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
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int y = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;
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if (x >= width || y >= height) return;
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// Compute dynamic parameters from time (ALL ON GPU!)
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'''
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# Add dynamic parameter calculations
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rotate_expr = dynamic_expressions.get('rotate_angle', '0.0f')
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ripple_phase_expr = dynamic_expressions.get('ripple_phase', '0.0f')
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brightness_expr = dynamic_expressions.get('brightness_factor', '1.0f')
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zoom_expr = dynamic_expressions.get('zoom_amount', '1.0f')
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code += f'''
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float rotate_angle = {expr_to_cuda(rotate_expr)};
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float ripple_phase = {expr_to_cuda(ripple_phase_expr)};
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float brightness_factor = {expr_to_cuda(brightness_expr)};
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|
float zoom_amount = {expr_to_cuda(zoom_expr)};
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// Start with source coordinates
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float src_x = (float)x;
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float src_y = (float)y;
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float cx = width / 2.0f;
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float cy = height / 2.0f;
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// Accumulated transforms
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float total_cos = 1.0f, total_sin = 0.0f;
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float total_zoom = 1.0f;
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float ripple_dx = 0.0f, ripple_dy = 0.0f;
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'''
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# Add effect-specific code
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for i, effect in enumerate(effects):
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op = effect['op']
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if op == 'rotate':
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code += f'''
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// Rotate {i}
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{{
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float angle = rotate_angle * 3.14159265f / 180.0f;
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float c = cosf(angle);
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|
float s = sinf(angle);
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float nc = total_cos * c - total_sin * s;
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|
float ns = total_cos * s + total_sin * c;
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total_cos = nc;
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||||||
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total_sin = ns;
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}}
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'''
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elif op == 'zoom':
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code += f'''
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// Zoom {i}
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{{
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total_zoom *= zoom_amount;
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|
}}
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'''
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elif op == 'ripple':
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amp = effect.get('amplitude', 10)
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|
freq = effect.get('frequency', 8)
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|
decay = effect.get('decay', 2)
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||||||
|
rcx = effect.get('center_x', width/2)
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||||||
|
rcy = effect.get('center_y', height/2)
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code += f'''
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// Ripple {i}
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{{
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float amplitude = {amp}f;
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|
float frequency = {freq}f;
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|
float decay_val = {decay}f;
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|
float rcx = {rcx}f;
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||||||
|
float rcy = {rcy}f;
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||||||
|
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||||||
|
float rdx = src_x - rcx;
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|
float rdy = src_y - rcy;
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|
float dist = sqrtf(rdx * rdx + rdy * rdy);
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||||||
|
float wave = sinf(dist * frequency * 0.1f + ripple_phase);
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||||||
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float amp = amplitude * expf(-dist * decay_val * 0.01f);
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||||||
|
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||||||
|
if (dist > 0.001f) {{
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||||||
|
ripple_dx += rdx / dist * wave * amp;
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||||||
|
ripple_dy += rdy / dist * wave * amp;
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||||||
|
}}
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|
}}
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|
'''
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# Apply geometric transforms
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code += '''
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|
// Apply accumulated transforms
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{
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float dx = src_x - cx;
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|
float dy = src_y - cy;
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float rx = total_cos * dx + total_sin * dy;
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||||||
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float ry = -total_sin * dx + total_cos * dy;
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||||||
|
rx /= total_zoom;
|
||||||
|
ry /= total_zoom;
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||||||
|
src_x = rx + cx - ripple_dx;
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||||||
|
src_y = ry + cy - ripple_dy;
|
||||||
|
}
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||||||
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||||||
|
// Bilinear sample
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float r, g, b;
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if (src_x < 0 || src_x >= width - 1 || src_y < 0 || src_y >= height - 1) {
|
||||||
|
r = g = b = 0;
|
||||||
|
} else {
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int x0 = (int)src_x;
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|
int y0 = (int)src_y;
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float fx = src_x - x0;
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|
float fy = src_y - y0;
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||||||
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||||||
|
int idx00 = (y0 * width + x0) * 3;
|
||||||
|
int idx10 = (y0 * width + x0 + 1) * 3;
|
||||||
|
int idx01 = ((y0 + 1) * width + x0) * 3;
|
||||||
|
int idx11 = ((y0 + 1) * width + x0 + 1) * 3;
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||||||
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||||||
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#define BILERP(c) \\
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(src[idx00 + c] * (1-fx) * (1-fy) + \\
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src[idx10 + c] * fx * (1-fy) + \\
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||||||
|
src[idx01 + c] * (1-fx) * fy + \\
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||||||
|
src[idx11 + c] * fx * fy)
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||||||
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r = BILERP(0);
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g = BILERP(1);
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||||||
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b = BILERP(2);
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}
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'''
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# Add color transforms
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for i, effect in enumerate(effects):
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op = effect['op']
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if op == 'hue_shift':
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degrees = effect.get('degrees', 0)
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code += f'''
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// Hue shift {i}
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{{
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float shift = {degrees}f;
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|
float rf = r / 255.0f;
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||||||
|
float gf = g / 255.0f;
|
||||||
|
float bf = b / 255.0f;
|
||||||
|
|
||||||
|
float max_c = fmaxf(rf, fmaxf(gf, bf));
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||||||
|
float min_c = fminf(rf, fminf(gf, bf));
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||||||
|
float delta = max_c - min_c;
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||||||
|
|
||||||
|
float h = 0, s = 0, v = max_c;
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||||||
|
|
||||||
|
if (delta > 0.00001f) {{
|
||||||
|
s = delta / max_c;
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||||||
|
if (rf >= max_c) h = (gf - bf) / delta;
|
||||||
|
else if (gf >= max_c) h = 2.0f + (bf - rf) / delta;
|
||||||
|
else h = 4.0f + (rf - gf) / delta;
|
||||||
|
h *= 60.0f;
|
||||||
|
if (h < 0) h += 360.0f;
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||||||
|
}}
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||||||
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||||||
|
h = fmodf(h + shift + 360.0f, 360.0f);
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||||||
|
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||||||
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float c = v * s;
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||||||
|
float x_val = c * (1 - fabsf(fmodf(h / 60.0f, 2.0f) - 1));
|
||||||
|
float m = v - c;
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||||||
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||||||
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float r2, g2, b2;
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if (h < 60) {{ r2 = c; g2 = x_val; b2 = 0; }}
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||||||
|
else if (h < 120) {{ r2 = x_val; g2 = c; b2 = 0; }}
|
||||||
|
else if (h < 180) {{ r2 = 0; g2 = c; b2 = x_val; }}
|
||||||
|
else if (h < 240) {{ r2 = 0; g2 = x_val; b2 = c; }}
|
||||||
|
else if (h < 300) {{ r2 = x_val; g2 = 0; b2 = c; }}
|
||||||
|
else {{ r2 = c; g2 = 0; b2 = x_val; }}
|
||||||
|
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||||||
|
r = (r2 + m) * 255.0f;
|
||||||
|
g = (g2 + m) * 255.0f;
|
||||||
|
b = (b2 + m) * 255.0f;
|
||||||
|
}}
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||||||
|
'''
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||||||
|
elif op == 'brightness':
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code += '''
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|
// Brightness
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{
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r *= brightness_factor;
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||||||
|
g *= brightness_factor;
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||||||
|
b *= brightness_factor;
|
||||||
|
}
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||||||
|
'''
|
||||||
|
|
||||||
|
# Write output
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||||||
|
code += '''
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|
// Write output
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int dst_idx = (y * width + x) * 3;
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||||||
|
dst[dst_idx] = (unsigned char)fminf(255.0f, fmaxf(0.0f, r));
|
||||||
|
dst[dst_idx + 1] = (unsigned char)fminf(255.0f, fmaxf(0.0f, g));
|
||||||
|
dst[dst_idx + 2] = (unsigned char)fminf(255.0f, fmaxf(0.0f, b));
|
||||||
|
}
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||||||
|
'''
|
||||||
|
|
||||||
|
return code
|
||||||
|
|
||||||
|
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||||||
# Test the compiler
|
# Test the compiler
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if __name__ == '__main__':
|
if __name__ == '__main__':
|
||||||
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import time
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||||||
|
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||||||
print("[sexp_to_cuda] Testing fused kernel compiler...")
|
print("[sexp_to_cuda] Testing fused kernel compiler...")
|
||||||
|
print("=" * 60)
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||||||
|
|
||||||
# Define a test pipeline
|
# Define a test pipeline
|
||||||
effects = [
|
effects = [
|
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{'op': 'rotate', 'angle': 45.0},
|
{'op': 'rotate', 'angle': 45.0},
|
||||||
{'op': 'zoom', 'amount': 1.2},
|
|
||||||
{'op': 'hue_shift', 'degrees': 30.0},
|
{'op': 'hue_shift', 'degrees': 30.0},
|
||||||
{'op': 'ripple', 'amplitude': 10, 'frequency': 8, 'decay': 2, 'phase': 0, 'center_x': 960, 'center_y': 540},
|
{'op': 'ripple', 'amplitude': 15, 'frequency': 10, 'decay': 2, 'phase': 0, 'center_x': 960, 'center_y': 540},
|
||||||
|
{'op': 'brightness', 'factor': 1.0},
|
||||||
]
|
]
|
||||||
|
|
||||||
# Compile
|
|
||||||
pipeline = compile_frame_pipeline(effects, 1920, 1080)
|
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||||||
|
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||||||
# Test with dummy frame
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||||||
import time
|
|
||||||
frame = cp.random.randint(0, 255, (1080, 1920, 3), dtype=cp.uint8)
|
frame = cp.random.randint(0, 255, (1080, 1920, 3), dtype=cp.uint8)
|
||||||
|
|
||||||
|
# ===== Test 1: Standard fused kernel (params passed from Python) =====
|
||||||
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print("\n[Test 1] Standard fused kernel (Python computes params)")
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||||||
|
pipeline = compile_frame_pipeline(effects, 1920, 1080)
|
||||||
|
|
||||||
# Warmup
|
# Warmup
|
||||||
output = pipeline(frame)
|
output = pipeline(frame)
|
||||||
cp.cuda.Stream.null.synchronize()
|
cp.cuda.Stream.null.synchronize()
|
||||||
|
|
||||||
# Benchmark
|
# Benchmark with Python param computation
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||||||
start = time.time()
|
start = time.time()
|
||||||
for i in range(100):
|
for i in range(100):
|
||||||
output = pipeline(frame, rotate_angle=i, ripple_phase=i*0.1)
|
# Simulate Python computing params (like sexp interpreter does)
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||||||
|
import math
|
||||||
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t = i / 30.0
|
||||||
|
angle = t * 30
|
||||||
|
phase = t * 2
|
||||||
|
brightness = 0.8 + 0.4 * math.sin(t * 2)
|
||||||
|
output = pipeline(frame, rotate_angle=angle, ripple_phase=phase)
|
||||||
cp.cuda.Stream.null.synchronize()
|
cp.cuda.Stream.null.synchronize()
|
||||||
elapsed = time.time() - start
|
elapsed = time.time() - start
|
||||||
|
|
||||||
print(f"Fused kernel: {elapsed/100*1000:.2f}ms per frame")
|
print(f" Time: {elapsed/100*1000:.2f}ms per frame")
|
||||||
print(f"That's {100/elapsed:.0f} fps potential!")
|
print(f" FPS: {100/elapsed:.0f}")
|
||||||
|
|
||||||
|
# ===== Test 2: Autonomous kernel (GPU computes everything) =====
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||||||
|
print("\n[Test 2] Autonomous kernel (GPU computes ALL params)")
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||||||
|
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||||||
|
dynamic_expressions = {
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||||||
|
'rotate_angle': 't * 30.0f',
|
||||||
|
'ripple_phase': 't * 2.0f',
|
||||||
|
'brightness_factor': '0.8f + 0.4f * sinf(t * 2.0f)',
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
auto_pipeline = compile_autonomous_pipeline(effects, 1920, 1080, dynamic_expressions)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Warmup
|
||||||
|
output = auto_pipeline(frame, 0, 30.0)
|
||||||
|
cp.cuda.Stream.null.synchronize()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Benchmark - NO Python computation in loop!
|
||||||
|
start = time.time()
|
||||||
|
for i in range(100):
|
||||||
|
output = auto_pipeline(frame, i, 30.0) # Just pass frame_num!
|
||||||
|
cp.cuda.Stream.null.synchronize()
|
||||||
|
elapsed = time.time() - start
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f" Time: {elapsed/100*1000:.2f}ms per frame")
|
||||||
|
print(f" FPS: {100/elapsed:.0f}")
|
||||||
|
|
||||||
|
print("\n" + "=" * 60)
|
||||||
|
print("Autonomous kernel eliminates Python from hot path!")
|
||||||
|
|||||||
Reference in New Issue
Block a user