src/lib/decoder.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2012 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7     (at your option) any later version.
   8
   9     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12     GNU General Public License for more details.
  13
  14     You should have received a copy of the GNU General Public License
  15     along with this program; if not, write to the Free Software
  16     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  17
  18 */
  19
  20 /** @file  src/decoder.cc
  21  *  @brief Parent class for decoders of content.
  22  */
  23
  24 #include <iostream>
  25 #include <stdint.h>
  26 #include <boost/lexical_cast.hpp>
  27 extern "C" {
  28 #include <libavfilter/avfiltergraph.h>
  29 #include <libavfilter/buffersrc.h>
  30 #if (LIBAVFILTER_VERSION_MAJOR == 2 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR >= 53 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR <= 77) || LIBAVFILTER_VERSION_MAJOR == 3
  31 #include <libavfilter/avcodec.h>
  32 #include <libavfilter/buffersink.h>
  33 #elif LIBAVFILTER_VERSION_MAJOR == 2 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR == 15
  34 #include <libavfilter/vsrc_buffer.h>
  35 #endif
  36 #include <libavformat/avio.h>
  37 }
  38 #include "film.h"
  39 #include "format.h"
  40 #include "job.h"
  41 #include "film_state.h"
  42 #include "options.h"
  43 #include "exceptions.h"
  44 #include "image.h"
  45 #include "util.h"
  46 #include "log.h"
  47 #include "decoder.h"
  48 #include "filter.h"
  49 #include "delay_line.h"
  50 #include "ffmpeg_compatibility.h"
  51 #include "subtitle.h"
  52
  53 using namespace std;
  54 using namespace boost;
  55
  56 /** @param s FilmState of the Film.
  57  *  @param o Options.
  58  *  @param j Job that we are running within, or 0
  59  *  @param l Log to use.
  60  *  @param minimal true to do the bare minimum of work; just run through the content.  Useful for acquiring
  61  *  accurate frame counts as quickly as possible.  This generates no video or audio output.
  62  *  @param ignore_length Ignore the content's claimed length when computing progress.
  63  */
  64 Decoder::Decoder (boost::shared_ptr<const FilmState> s, boost::shared_ptr<const Options> o, Job* j, Log* l, bool minimal, bool ignore_length)
  65         : _fs (s)
  66         , _opt (o)
  67         , _job (j)
  68         , _log (l)
  69         , _minimal (minimal)
  70         , _ignore_length (ignore_length)
  71         , _video_frame (0)
  72         , _buffer_src_context (0)
  73         , _buffer_sink_context (0)
  74         , _have_setup_video_filters (false)
  75         , _delay_line (0)
  76         , _delay_in_bytes (0)
  77         , _audio_frames_processed (0)
  78 {
  79         if (_opt->decode_video_frequency != 0 && _fs->length() == 0) {
  80                 throw DecodeError ("cannot do a partial decode if length == 0");
  81         }
  82 }
  83
  84 Decoder::~Decoder ()
  85 {
  86         delete _delay_line;
  87 }
  88
  89 /** Start off a decode processing run */
  90 void
  91 Decoder::process_begin ()
  92 {
  93         _delay_in_bytes = _fs->audio_delay() * _fs->audio_sample_rate() * _fs->audio_channels() * bytes_per_audio_sample() / 1000;
  94         delete _delay_line;
  95         _delay_line = new DelayLine (_delay_in_bytes);
  96
  97         _audio_frames_processed = 0;
  98 }
  99
 100 /** Finish off a decode processing run */
 101 void
 102 Decoder::process_end ()
 103 {
 104         if (_delay_in_bytes < 0) {
 105                 uint8_t remainder[-_delay_in_bytes];
 106                 _delay_line->get_remaining (remainder);
 107                 _audio_frames_processed += _delay_in_bytes / (_fs->audio_channels() * bytes_per_audio_sample());
 108                 emit_audio (remainder, _delay_in_bytes);
 109         }
 110
 111         /* If we cut the decode off, the audio may be short; push some silence
 112            in to get it to the right length.
 113         */
 114
 115         int64_t const audio_short_by_frames =
 116                 ((int64_t) _fs->dcp_length() * _fs->target_sample_rate() / _fs->frames_per_second())
 117                 - _audio_frames_processed;
 118
 119         if (audio_short_by_frames >= 0) {
 120
 121                 stringstream s;
 122                 s << "Adding " << audio_short_by_frames << " frames of silence to the end.";
 123                 _log->log (s.str ());
 124
 125                 int64_t bytes = audio_short_by_frames * _fs->audio_channels() * bytes_per_audio_sample();
 126
 127                 int64_t const silence_size = 64 * 1024;
 128                 uint8_t silence[silence_size];
 129                 memset (silence, 0, silence_size);
 130
 131                 while (bytes) {
 132                         int64_t const t = min (bytes, silence_size);
 133                         emit_audio (silence, t);
 134                         bytes -= t;
 135                 }
 136         }
 137 }
 138
 139 /** Start decoding */
 140 void
 141 Decoder::go ()
 142 {
 143         process_begin ();
 144
 145         if (_job && _ignore_length) {
 146                 _job->set_progress_unknown ();
 147         }
 148
 149         while (pass () == false) {
 150                 if (_job && !_ignore_length) {
 151                         _job->set_progress (float (_video_frame) / _fs->dcp_length());
 152                 }
 153         }
 154
 155         process_end ();
 156 }
 157
 158 /** Run one pass.  This may or may not generate any actual video / audio data;
 159  *  some decoders may require several passes to generate a single frame.
 160  *  @return true if we have finished processing all data; otherwise false.
 161  */
 162 bool
 163 Decoder::pass ()
 164 {
 165         if (!_have_setup_video_filters) {
 166                 setup_video_filters ();
 167                 _have_setup_video_filters = true;
 168         }
 169
 170         if (_video_frame >= _fs->dcp_length()) {
 171                 return true;
 172         }
 173
 174         return do_pass ();
 175 }
 176
 177 /** Called by subclasses to tell the world that some audio data is ready
 178  *  @param data Audio data, in FilmState::audio_sample_format.
 179  *  @param size Number of bytes of data.
 180  */
 181 void
 182 Decoder::process_audio (uint8_t* data, int size)
 183 {
 184         /* Push into the delay line */
 185         size = _delay_line->feed (data, size);
 186
 187         emit_audio (data, size);
 188 }
 189
 190 void
 191 Decoder::emit_audio (uint8_t* data, int size)
 192 {
 193         /* Deinterleave and convert to float */
 194
 195         int const total_samples = size / bytes_per_audio_sample();
 196         int const frames = total_samples / _fs->audio_channels();
 197         shared_ptr<AudioBuffers> audio (new AudioBuffers (_fs->audio_channels(), frames));
 198
 199         switch (audio_sample_format()) {
 200         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 201         {
 202                 uint8_t* p = data;
 203                 int sample = 0;
 204                 int channel = 0;
 205                 for (int i = 0; i < total_samples; ++i) {
 206                         /* unsigned sample */
 207                         int const ou = p[0] | (p[1] << 8);
 208                         /* signed sample */
 209                         int const os = ou >= 0x8000 ? (- 0x10000 + ou) : ou;
 210                         /* float sample */
 211                         audio->data(channel)[sample] = float(os) / 0x8000;
 212
 213                         ++channel;
 214                         if (channel == _fs->audio_channels()) {
 215                                 channel = 0;
 216                                 ++sample;
 217                         }
 218
 219                         p += 2;
 220                 }
 221         }
 222         break;
 223
 224         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 225         {
 226                 float* p = reinterpret_cast<float*> (data);
 227                 for (int i = 0; i < _fs->audio_channels(); ++i) {
 228                         memcpy (audio->data(i), p, frames * sizeof(float));
 229                         p += frames;
 230                 }
 231         }
 232         break;
 233
 234         default:
 235                 assert (false);
 236         }
 237
 238         /* Maybe apply gain */
 239         if (_fs->audio_gain() != 0) {
 240                 float const linear_gain = pow (10, _fs->audio_gain() / 20);
 241                 for (int i = 0; i < _fs->audio_channels(); ++i) {
 242                         for (int j = 0; j < frames; ++j) {
 243                                 audio->data(i)[j] *= linear_gain;
 244                         }
 245                 }
 246         }
 247
 248         /* Update the number of audio frames we've pushed to the encoder */
 249         _audio_frames_processed += frames;
 250
 251         Audio (audio);
 252 }
 253
 254 /** Called by subclasses to tell the world that some video data is ready.
 255  *  We do some post-processing / filtering then emit it for listeners.
 256  *  @param frame to decode; caller manages memory.
 257  */
 258 void
 259 Decoder::process_video (AVFrame* frame)
 260 {
 261         if (_minimal) {
 262                 ++_video_frame;
 263                 return;
 264         }
 265
 266         /* Use FilmState::length here as our one may be wrong */
 267
 268         int gap = 0;
 269         if (_opt->decode_video_frequency != 0) {
 270                 gap = _fs->length() / _opt->decode_video_frequency;
 271         }
 272
 273         if (_opt->decode_video_frequency != 0 && gap != 0 && (_video_frame % gap) != 0) {
 274                 ++_video_frame;
 275                 return;
 276         }
 277
 278 #if LIBAVFILTER_VERSION_MAJOR == 2 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR >= 53 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR <= 61
 279
 280         if (av_vsrc_buffer_add_frame (_buffer_src_context, frame, 0) < 0) {
 281                 throw DecodeError ("could not push buffer into filter chain.");
 282         }
 283
 284 #elif LIBAVFILTER_VERSION_MAJOR == 2 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR == 15
 285
 286         AVRational par;
 287         par.num = sample_aspect_ratio_numerator ();
 288         par.den = sample_aspect_ratio_denominator ();
 289
 290         if (av_vsrc_buffer_add_frame (_buffer_src_context, frame, 0, par) < 0) {
 291                 throw DecodeError ("could not push buffer into filter chain.");
 292         }
 293
 294 #else
 295
 296         if (av_buffersrc_write_frame (_buffer_src_context, frame) < 0) {
 297                 throw DecodeError ("could not push buffer into filter chain.");
 298         }
 299
 300 #endif
 301
 302 #if LIBAVFILTER_VERSION_MAJOR == 2 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR >= 15 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR <= 61
 303         while (avfilter_poll_frame (_buffer_sink_context->inputs[0])) {
 304 #else
 305         while (av_buffersink_read (_buffer_sink_context, 0)) {
 306 #endif
 307
 308 #if LIBAVFILTER_VERSION_MAJOR == 2 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR >= 15
 309
 310                 int r = avfilter_request_frame (_buffer_sink_context->inputs[0]);
 311                 if (r < 0) {
 312                         throw DecodeError ("could not request filtered frame");
 313                 }
 314
 315                 AVFilterBufferRef* filter_buffer = _buffer_sink_context->inputs[0]->cur_buf;
 316
 317 #else
 318
 319                 AVFilterBufferRef* filter_buffer;
 320                 if (av_buffersink_get_buffer_ref (_buffer_sink_context, &filter_buffer, 0) < 0) {
 321                         filter_buffer = 0;
 322                 }
 323
 324 #endif
 325
 326                 if (filter_buffer) {
 327                         /* This takes ownership of filter_buffer */
 328                         shared_ptr<Image> image (new FilterBufferImage ((PixelFormat) frame->format, filter_buffer));
 329
 330                         if (_opt->black_after > 0 && _video_frame > _opt->black_after) {
 331                                 image->make_black ();
 332                         }
 333
 334                         shared_ptr<Subtitle> sub;
 335                         if (_timed_subtitle && _timed_subtitle->displayed_at (double (last_video_frame()) / rint (_fs->frames_per_second()))) {
 336                                 sub = _timed_subtitle->subtitle ();
 337                         }
 338
 339                         TIMING ("Decoder emits %1", _video_frame);
 340                         Video (image, _video_frame, sub);
 341                         ++_video_frame;
 342                 }
 343         }
 344 }
 345
 346
 347 /** Set up a video filtering chain to include cropping and any filters that are specified
 348  *  by the Film.
 349  */
 350 void
 351 Decoder::setup_video_filters ()
 352 {
 353         stringstream fs;
 354         Size size_after_crop;
 355
 356         if (_opt->apply_crop) {
 357                 size_after_crop = _fs->cropped_size (native_size ());
 358                 fs << crop_string (Position (_fs->crop().left, _fs->crop().top), size_after_crop);
 359         } else {
 360                 size_after_crop = native_size ();
 361                 fs << crop_string (Position (0, 0), size_after_crop);
 362         }
 363
 364         string filters = Filter::ffmpeg_strings (_fs->filters()).first;
 365         if (!filters.empty ()) {
 366                 filters += ",";
 367         }
 368
 369         filters += fs.str ();
 370
 371         avfilter_register_all ();
 372
 373         AVFilterGraph* graph = avfilter_graph_alloc();
 374         if (graph == 0) {
 375                 throw DecodeError ("Could not create filter graph.");
 376         }
 377
 378         AVFilter* buffer_src = avfilter_get_by_name("buffer");
 379         if (buffer_src == 0) {
 380                 throw DecodeError ("Could not find buffer src filter");
 381         }
 382
 383         AVFilter* buffer_sink = get_sink ();
 384
 385         stringstream a;
 386         a << native_size().width << ":"
 387           << native_size().height << ":"
 388           << pixel_format() << ":"
 389           << time_base_numerator() << ":"
 390           << time_base_denominator() << ":"
 391           << sample_aspect_ratio_numerator() << ":"
 392           << sample_aspect_ratio_denominator();
 393
 394         int r;
 395
 396         if ((r = avfilter_graph_create_filter (&_buffer_src_context, buffer_src, "in", a.str().c_str(), 0, graph)) < 0) {
 397                 throw DecodeError ("could not create buffer source");
 398         }
 399
 400         AVBufferSinkParams* sink_params = av_buffersink_params_alloc ();
 401         PixelFormat* pixel_fmts = new PixelFormat[2];
 402         pixel_fmts[0] = pixel_format ();
 403         pixel_fmts[1] = PIX_FMT_NONE;
 404         sink_params->pixel_fmts = pixel_fmts;
 405
 406         if (avfilter_graph_create_filter (&_buffer_sink_context, buffer_sink, "out", 0, sink_params, graph) < 0) {
 407                 throw DecodeError ("could not create buffer sink.");
 408         }
 409
 410         AVFilterInOut* outputs = avfilter_inout_alloc ();
 411         outputs->name = av_strdup("in");
 412         outputs->filter_ctx = _buffer_src_context;
 413         outputs->pad_idx = 0;
 414         outputs->next = 0;
 415
 416         AVFilterInOut* inputs = avfilter_inout_alloc ();
 417         inputs->name = av_strdup("out");
 418         inputs->filter_ctx = _buffer_sink_context;
 419         inputs->pad_idx = 0;
 420         inputs->next = 0;
 421
 422         _log->log ("Using filter chain `" + filters + "'");
 423
 424 #if LIBAVFILTER_VERSION_MAJOR == 2 && LIBAVFILTER_VERSION_MINOR == 15
 425         if (avfilter_graph_parse (graph, filters.c_str(), inputs, outputs, 0) < 0) {
 426                 throw DecodeError ("could not set up filter graph.");
 427         }
 428 #else
 429         if (avfilter_graph_parse (graph, filters.c_str(), &inputs, &outputs, 0) < 0) {
 430                 throw DecodeError ("could not set up filter graph.");
 431         }
 432 #endif
 433
 434         if (avfilter_graph_config (graph, 0) < 0) {
 435                 throw DecodeError ("could not configure filter graph.");
 436         }
 437
 438         /* XXX: leaking `inputs' / `outputs' ? */
 439 }
 440
 441 void
 442 Decoder::process_subtitle (shared_ptr<TimedSubtitle> s)
 443 {
 444         _timed_subtitle = s;
 445
 446         if (_opt->apply_crop) {
 447                 Position const p = _timed_subtitle->subtitle()->position ();
 448                 _timed_subtitle->subtitle()->set_position (Position (p.x - _fs->crop().left, p.y - _fs->crop().top));
 449         }
 450 }
 451
 452
 453 int
 454 Decoder::bytes_per_audio_sample () const
 455 {
 456         return av_get_bytes_per_sample (audio_sample_format ());
 457 }