src/lib/dcp_video_frame.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2012 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3     Taken from code Copyright (C) 2010-2011 Terrence Meiczinger
   4
   5     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   8     (at your option) any later version.
   9
  10     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13     GNU General Public License for more details.
  14
  15     You should have received a copy of the GNU General Public License
  16     along with this program; if not, write to the Free Software
  17     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  18
  19 */
  20
  21 /** @file  src/dcp_video_frame.cc
  22  *  @brief A single frame of video destined for a DCP.
  23  *
  24  *  Given an Image and some settings, this class knows how to encode
  25  *  the image to J2K either on the local host or on a remote server.
  26  *
  27  *  Objects of this class are used for the queue that we keep
  28  *  of images that require encoding.
  29  */
  30
  31 #include <stdint.h>
  32 #include <cstring>
  33 #include <cstdlib>
  34 #include <stdexcept>
  35 #include <cstdio>
  36 #include <iomanip>
  37 #include <sstream>
  38 #include <iostream>
  39 #include <fstream>
  40 #include <unistd.h>
  41 #include <errno.h>
  42 #include <boost/array.hpp>
  43 #include <boost/asio.hpp>
  44 #include <boost/filesystem.hpp>
  45 #include <boost/lexical_cast.hpp>
  46 #include "film.h"
  47 #include "dcp_video_frame.h"
  48 #include "lut.h"
  49 #include "config.h"
  50 #include "film_state.h"
  51 #include "options.h"
  52 #include "exceptions.h"
  53 #include "server.h"
  54 #include "util.h"
  55 #include "scaler.h"
  56 #include "image.h"
  57 #include "log.h"
  58 #include "subtitle.h"
  59
  60 using namespace std;
  61 using namespace boost;
  62
  63 /** Construct a DCP video frame.
  64  *  @param input Input image.
  65  *  @param out Required size of output, in pixels (including any padding).
  66  *  @param s Scaler to use.
  67  *  @param p Number of pixels of padding either side of the image.
  68  *  @param f Index of the frame within the Film.
  69  *  @param fps Frames per second of the Film.
  70  *  @param pp FFmpeg post-processing string to use.
  71  *  @param clut Colour look-up table to use (see Config::colour_lut_index ())
  72  *  @param bw J2K bandwidth to use (see Config::j2k_bandwidth ())
  73  *  @param l Log to write to.
  74  */
  75 DCPVideoFrame::DCPVideoFrame (
  76         shared_ptr<Image> yuv, shared_ptr<Subtitle> sub,
  77         Size out, int p, int subtitle_offset, float subtitle_scale,
  78         Scaler const * s, int f, float fps, string pp, int clut, int bw, Log* l
  79         )
  80         : _input (yuv)
  81         , _subtitle (sub)
  82         , _out_size (out)
  83         , _padding (p)
  84         , _subtitle_offset (subtitle_offset)
  85         , _subtitle_scale (subtitle_scale)
  86         , _scaler (s)
  87         , _frame (f)
  88           /* we round here; not sure if this is right */
  89         , _frames_per_second (rint (fps))
  90         , _post_process (pp)
  91         , _colour_lut_index (clut)
  92         , _j2k_bandwidth (bw)
  93         , _log (l)
  94         , _image (0)
  95         , _parameters (0)
  96         , _cinfo (0)
  97         , _cio (0)
  98 {
  99
 100 }
 101
 102 /** Create a libopenjpeg container suitable for our output image */
 103 void
 104 DCPVideoFrame::create_openjpeg_container ()
 105 {
 106         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 107                 _cmptparm[i].dx = 1;
 108                 _cmptparm[i].dy = 1;
 109                 _cmptparm[i].w = _out_size.width;
 110                 _cmptparm[i].h = _out_size.height;
 111                 _cmptparm[i].x0 = 0;
 112                 _cmptparm[i].y0 = 0;
 113                 _cmptparm[i].prec = 12;
 114                 _cmptparm[i].bpp = 12;
 115                 _cmptparm[i].sgnd = 0;
 116         }
 117
 118         _image = opj_image_create (3, &_cmptparm[0], CLRSPC_SRGB);
 119         if (_image == 0) {
 120                 throw EncodeError ("could not create libopenjpeg image");
 121         }
 122
 123         _image->x0 = 0;
 124         _image->y0 = 0;
 125         _image->x1 = _out_size.width;
 126         _image->y1 = _out_size.height;
 127 }
 128
 129 DCPVideoFrame::~DCPVideoFrame ()
 130 {
 131         if (_image) {
 132                 opj_image_destroy (_image);
 133         }
 134
 135         if (_cio) {
 136                 opj_cio_close (_cio);
 137         }
 138
 139         if (_cinfo) {
 140                 opj_destroy_compress (_cinfo);
 141         }
 142
 143         if (_parameters) {
 144                 free (_parameters->cp_comment);
 145                 free (_parameters->cp_matrice);
 146         }
 147
 148         delete _parameters;
 149 }
 150
 151 /** J2K-encode this frame on the local host.
 152  *  @return Encoded data.
 153  */
 154 shared_ptr<EncodedData>
 155 DCPVideoFrame::encode_locally ()
 156 {
 157         if (!_post_process.empty ()) {
 158                 _input = _input->post_process (_post_process);
 159         }
 160
 161         shared_ptr<Image> prepared = _input->scale_and_convert_to_rgb (_out_size, _padding, _scaler);
 162
 163         if (_subtitle) {
 164                 Rect tx = subtitle_transformed_area (
 165                         float (_out_size.width) / _input->size().width,
 166                         float (_out_size.height) / _input->size().height,
 167                         _subtitle->area(), _subtitle_offset, _subtitle_scale
 168                         );
 169
 170                 shared_ptr<Image> im = _subtitle->image()->scale (tx.size(), _scaler);
 171                 prepared->alpha_blend (im, tx.position());
 172         }
 173
 174         create_openjpeg_container ();
 175
 176         struct {
 177                 double r, g, b;
 178         } s;
 179
 180         struct {
 181                 double x, y, z;
 182         } d;
 183
 184         /* Copy our RGB into the openjpeg container, converting to XYZ in the process */
 185
 186         int jn = 0;
 187         for (int y = 0; y < _out_size.height; ++y) {
 188                 uint8_t* p = prepared->data()[0] + y * prepared->stride()[0];
 189                 for (int x = 0; x < _out_size.width; ++x) {
 190
 191                         /* In gamma LUT (converting 8-bit input to 12-bit) */
 192                         s.r = lut_in[_colour_lut_index][*p++ << 4];
 193                         s.g = lut_in[_colour_lut_index][*p++ << 4];
 194                         s.b = lut_in[_colour_lut_index][*p++ << 4];
 195
 196                         /* RGB to XYZ Matrix */
 197                         d.x = ((s.r * color_matrix[_colour_lut_index][0][0]) +
 198                                (s.g * color_matrix[_colour_lut_index][0][1]) +
 199                                (s.b * color_matrix[_colour_lut_index][0][2]));
 200
 201                         d.y = ((s.r * color_matrix[_colour_lut_index][1][0]) +
 202                                (s.g * color_matrix[_colour_lut_index][1][1]) +
 203                                (s.b * color_matrix[_colour_lut_index][1][2]));
 204
 205                         d.z = ((s.r * color_matrix[_colour_lut_index][2][0]) +
 206                                (s.g * color_matrix[_colour_lut_index][2][1]) +
 207                                (s.b * color_matrix[_colour_lut_index][2][2]));
 208
 209                         /* DCI companding */
 210                         d.x = d.x * DCI_COEFFICENT * (DCI_LUT_SIZE - 1);
 211                         d.y = d.y * DCI_COEFFICENT * (DCI_LUT_SIZE - 1);
 212                         d.z = d.z * DCI_COEFFICENT * (DCI_LUT_SIZE - 1);
 213
 214                         /* Out gamma LUT */
 215                         _image->comps[0].data[jn] = lut_out[LO_DCI][(int) d.x];
 216                         _image->comps[1].data[jn] = lut_out[LO_DCI][(int) d.y];
 217                         _image->comps[2].data[jn] = lut_out[LO_DCI][(int) d.z];
 218
 219                         ++jn;
 220                 }
 221         }
 222
 223         /* Set the max image and component sizes based on frame_rate */
 224         int const max_cs_len = ((float) _j2k_bandwidth) / 8 / _frames_per_second;
 225         int const max_comp_size = max_cs_len / 1.25;
 226
 227         /* Set encoding parameters to default values */
 228         _parameters = new opj_cparameters_t;
 229         opj_set_default_encoder_parameters (_parameters);
 230
 231         /* Set default cinema parameters */
 232         _parameters->tile_size_on = false;
 233         _parameters->cp_tdx = 1;
 234         _parameters->cp_tdy = 1;
 235
 236         /* Tile part */
 237         _parameters->tp_flag = 'C';
 238         _parameters->tp_on = 1;
 239
 240         /* Tile and Image shall be at (0,0) */
 241         _parameters->cp_tx0 = 0;
 242         _parameters->cp_ty0 = 0;
 243         _parameters->image_offset_x0 = 0;
 244         _parameters->image_offset_y0 = 0;
 245
 246         /* Codeblock size = 32x32 */
 247         _parameters->cblockw_init = 32;
 248         _parameters->cblockh_init = 32;
 249         _parameters->csty |= 0x01;
 250
 251         /* The progression order shall be CPRL */
 252         _parameters->prog_order = CPRL;
 253
 254         /* No ROI */
 255         _parameters->roi_compno = -1;
 256
 257         _parameters->subsampling_dx = 1;
 258         _parameters->subsampling_dy = 1;
 259
 260         /* 9-7 transform */
 261         _parameters->irreversible = 1;
 262
 263         _parameters->tcp_rates[0] = 0;
 264         _parameters->tcp_numlayers++;
 265         _parameters->cp_disto_alloc = 1;
 266         _parameters->cp_rsiz = CINEMA2K;
 267         _parameters->cp_comment = strdup ("DVD-o-matic");
 268         _parameters->cp_cinema = CINEMA2K_24;
 269
 270         /* 3 components, so use MCT */
 271         _parameters->tcp_mct = 1;
 272
 273         /* set max image */
 274         _parameters->max_comp_size = max_comp_size;
 275         _parameters->tcp_rates[0] = ((float) (3 * _image->comps[0].w * _image->comps[0].h * _image->comps[0].prec)) / (max_cs_len * 8);
 276
 277         /* get a J2K compressor handle */
 278         _cinfo = opj_create_compress (CODEC_J2K);
 279
 280         /* Set event manager to null (openjpeg 1.3 bug) */
 281         _cinfo->event_mgr = 0;
 282
 283         /* Setup the encoder parameters using the current image and user parameters */
 284         opj_setup_encoder (_cinfo, _parameters, _image);
 285
 286         _cio = opj_cio_open ((opj_common_ptr) _cinfo, 0, 0);
 287
 288         int const r = opj_encode (_cinfo, _cio, _image, 0);
 289         if (r == 0) {
 290                 throw EncodeError ("jpeg2000 encoding failed");
 291         }
 292
 293         _log->log (String::compose ("Finished locally-encoded frame %1", _frame));
 294
 295         return shared_ptr<EncodedData> (new LocallyEncodedData (_cio->buffer, cio_tell (_cio)));
 296 }
 297
 298 /** Send this frame to a remote server for J2K encoding, then read the result.
 299  *  @param serv Server to send to.
 300  *  @return Encoded data.
 301  */
 302 shared_ptr<EncodedData>
 303 DCPVideoFrame::encode_remotely (ServerDescription const * serv)
 304 {
 305         asio::io_service io_service;
 306         asio::ip::tcp::resolver resolver (io_service);
 307         asio::ip::tcp::resolver::query query (serv->host_name(), boost::lexical_cast<string> (Config::instance()->server_port ()));
 308         asio::ip::tcp::resolver::iterator endpoint_iterator = resolver.resolve (query);
 309
 310         shared_ptr<Socket> socket (new Socket);
 311
 312         socket->connect (*endpoint_iterator, 30);
 313
 314         stringstream s;
 315         s << "encode please\n"
 316           << "input_width " << _input->size().width << "\n"
 317           << "input_height " << _input->size().height << "\n"
 318           << "input_pixel_format " << _input->pixel_format() << "\n"
 319           << "output_width " << _out_size.width << "\n"
 320           << "output_height " << _out_size.height << "\n"
 321           << "padding " <<  _padding << "\n"
 322           << "subtitle_offset " << _subtitle_offset << "\n"
 323           << "subtitle_scale " << _subtitle_scale << "\n"
 324           << "scaler " << _scaler->id () << "\n"
 325           << "frame " << _frame << "\n"
 326           << "frames_per_second " << _frames_per_second << "\n";
 327
 328         if (!_post_process.empty()) {
 329                 s << "post_process " << _post_process << "\n";
 330         }
 331
 332         s << "colour_lut " << Config::instance()->colour_lut_index () << "\n"
 333           << "j2k_bandwidth " << Config::instance()->j2k_bandwidth () << "\n";
 334
 335         if (_subtitle) {
 336                 s << "subtitle_x " << _subtitle->position().x << "\n"
 337                   << "subtitle_y " << _subtitle->position().y << "\n"
 338                   << "subtitle_width " << _subtitle->image()->size().width << "\n"
 339                   << "subtitle_height " << _subtitle->image()->size().height << "\n";
 340         }
 341
 342         socket->write ((uint8_t *) s.str().c_str(), s.str().length() + 1, 30);
 343
 344         _input->write_to_socket (socket);
 345         if (_subtitle) {
 346                 _subtitle->image()->write_to_socket (socket);
 347         }
 348
 349         char buffer[32];
 350         socket->read_indefinite ((uint8_t *) buffer, sizeof (buffer), 30);
 351         socket->consume (strlen (buffer) + 1);
 352         shared_ptr<EncodedData> e (new RemotelyEncodedData (atoi (buffer)));
 353
 354         /* now read the rest */
 355         socket->read_definite_and_consume (e->data(), e->size(), 30);
 356
 357         _log->log (String::compose ("Finished remotely-encoded frame %1", _frame));
 358
 359         return e;
 360 }
 361
 362 /** Write this data to a J2K file.
 363  *  @param opt Options.
 364  *  @param frame Frame index.
 365  */
 366 void
 367 EncodedData::write (shared_ptr<const Options> opt, int frame)
 368 {
 369         string const tmp_j2k = opt->frame_out_path (frame, true);
 370
 371         FILE* f = fopen (tmp_j2k.c_str (), "wb");
 372
 373         if (!f) {
 374                 throw WriteFileError (tmp_j2k, errno);
 375         }
 376
 377         fwrite (_data, 1, _size, f);
 378         fclose (f);
 379
 380         string const real_j2k = opt->frame_out_path (frame, false);
 381
 382         /* Rename the file from foo.j2c.tmp to foo.j2c now that it is complete */
 383         filesystem::rename (tmp_j2k, real_j2k);
 384
 385         /* Write a file containing the hash */
 386         string const hash = real_j2k + ".md5";
 387         ofstream h (hash.c_str());
 388         h << md5_digest (_data, _size) << "\n";
 389         h.close ();
 390 }
 391
 392 /** Send this data to a socket.
 393  *  @param socket Socket
 394  */
 395 void
 396 EncodedData::send (shared_ptr<Socket> socket)
 397 {
 398         stringstream s;
 399         s << _size;
 400         socket->write ((uint8_t *) s.str().c_str(), s.str().length() + 1, 30);
 401         socket->write (_data, _size, 30);
 402 }
 403
 404 /** @param s Size of data in bytes */
 405 RemotelyEncodedData::RemotelyEncodedData (int s)
 406         : EncodedData (new uint8_t[s], s)
 407 {
 408
 409 }
 410
 411 RemotelyEncodedData::~RemotelyEncodedData ()
 412 {
 413         delete[] _data;
 414 }