src/lib/ffmpeg_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/ffmpeg_decoder.cc
  21  *  @brief A decoder using FFmpeg to decode content.
  22  */
  23
  24 #include <stdexcept>
  25 #include <vector>
  26 #include <sstream>
  27 #include <iomanip>
  28 #include <iostream>
  29 #include <stdint.h>
  30 #include <boost/lexical_cast.hpp>
  31 extern "C" {
  32 #include <tiffio.h>
  33 #include <libavcodec/avcodec.h>
  34 #include <libavformat/avformat.h>
  35 #include <libswscale/swscale.h>
  36 #include <libpostproc/postprocess.h>
  37 }
  38 #include <sndfile.h>
  39 #include "film.h"
  40 #include "format.h"
  41 #include "transcoder.h"
  42 #include "job.h"
  43 #include "filter.h"
  44 #include "film_state.h"
  45 #include "options.h"
  46 #include "exceptions.h"
  47 #include "image.h"
  48 #include "util.h"
  49 #include "log.h"
  50 #include "ffmpeg_decoder.h"
  51
  52 using namespace std;
  53 using namespace boost;
  54
  55 FFmpegDecoder::FFmpegDecoder (boost::shared_ptr<const FilmState> s, boost::shared_ptr<const Options> o, Job* j, Log* l, bool minimal, bool ignore_length)
  56         : Decoder (s, o, j, l, minimal, ignore_length)
  57         , _format_context (0)
  58         , _video_stream (-1)
  59         , _audio_stream (-1)
  60         , _subtitle_stream (-1)
  61         , _frame (0)
  62         , _video_codec_context (0)
  63         , _video_codec (0)
  64         , _audio_codec_context (0)
  65         , _audio_codec (0)
  66         , _subtitle_codec_context (0)
  67         , _subtitle_codec (0)
  68         , _have_subtitle (false)
  69 {
  70         setup_general ();
  71         setup_video ();
  72         setup_audio ();
  73         setup_subtitle ();
  74 }
  75
  76 FFmpegDecoder::~FFmpegDecoder ()
  77 {
  78         if (_audio_codec_context) {
  79                 avcodec_close (_audio_codec_context);
  80         }
  81
  82         if (_video_codec_context) {
  83                 avcodec_close (_video_codec_context);
  84         }
  85
  86         if (_have_subtitle) {
  87                 avsubtitle_free (&_subtitle);
  88         }
  89
  90         if (_subtitle_codec_context) {
  91                 avcodec_close (_subtitle_codec_context);
  92         }
  93
  94         av_free (_frame);
  95         avformat_close_input (&_format_context);
  96 }
  97
  98 void
  99 FFmpegDecoder::setup_general ()
 100 {
 101         int r;
 102
 103         av_register_all ();
 104
 105         if ((r = avformat_open_input (&_format_context, _fs->content_path().c_str(), 0, 0)) != 0) {
 106                 throw OpenFileError (_fs->content_path ());
 107         }
 108
 109         if (avformat_find_stream_info (_format_context, 0) < 0) {
 110                 throw DecodeError ("could not find stream information");
 111         }
 112
 113         for (uint32_t i = 0; i < _format_context->nb_streams; ++i) {
 114                 if (_format_context->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
 115                         _video_stream = i;
 116                 } else if (_format_context->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO) {
 117                         _audio_stream = i;
 118                 } else if (_format_context->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE) {
 119                         _subtitle_stream = i;
 120                 }
 121         }
 122
 123         if (_video_stream < 0) {
 124                 throw DecodeError ("could not find video stream");
 125         }
 126
 127         _frame = avcodec_alloc_frame ();
 128         if (_frame == 0) {
 129                 throw DecodeError ("could not allocate frame");
 130         }
 131 }
 132
 133 void
 134 FFmpegDecoder::setup_video ()
 135 {
 136         _video_codec_context = _format_context->streams[_video_stream]->codec;
 137         _video_codec = avcodec_find_decoder (_video_codec_context->codec_id);
 138
 139         if (_video_codec == 0) {
 140                 throw DecodeError ("could not find video decoder");
 141         }
 142
 143         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, 0) < 0) {
 144                 throw DecodeError ("could not open video decoder");
 145         }
 146 }
 147
 148 void
 149 FFmpegDecoder::setup_audio ()
 150 {
 151         if (_audio_stream < 0) {
 152                 return;
 153         }
 154
 155         _audio_codec_context = _format_context->streams[_audio_stream]->codec;
 156         _audio_codec = avcodec_find_decoder (_audio_codec_context->codec_id);
 157
 158         if (_audio_codec == 0) {
 159                 throw DecodeError ("could not find audio decoder");
 160         }
 161
 162         if (avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0) < 0) {
 163                 throw DecodeError ("could not open audio decoder");
 164         }
 165
 166         /* This is a hack; sometimes it seems that _audio_codec_context->channel_layout isn't set up,
 167            so bodge it here.  No idea why we should have to do this.
 168         */
 169
 170         if (_audio_codec_context->channel_layout == 0) {
 171                 _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (audio_channels ());
 172         }
 173 }
 174
 175 void
 176 FFmpegDecoder::setup_subtitle ()
 177 {
 178         if (_subtitle_stream < 0) {
 179                 return;
 180         }
 181
 182         _subtitle_codec_context = _format_context->streams[_subtitle_stream]->codec;
 183         _subtitle_codec = avcodec_find_decoder (_subtitle_codec_context->codec_id);
 184
 185         if (_subtitle_codec == 0) {
 186                 throw DecodeError ("could not find subtitle decoder");
 187         }
 188
 189         if (avcodec_open2 (_subtitle_codec_context, _subtitle_codec, 0) < 0) {
 190                 throw DecodeError ("could not open subtitle decoder");
 191         }
 192 }
 193
 194
 195 bool
 196 FFmpegDecoder::do_pass ()
 197 {
 198         int r = av_read_frame (_format_context, &_packet);
 199         if (r < 0) {
 200                 if (r != AVERROR_EOF) {
 201                         throw DecodeError ("error on av_read_frame");
 202                 }
 203
 204                 /* Get any remaining frames */
 205
 206                 _packet.data = 0;
 207                 _packet.size = 0;
 208
 209                 int frame_finished;
 210
 211                 if (_opt->decode_video) {
 212                         while (avcodec_decode_video2 (_video_codec_context, _frame, &frame_finished, &_packet) >= 0 && frame_finished) {
 213                                 process_video (_frame);
 214                         }
 215                 }
 216
 217                 if (_audio_stream >= 0 && _opt->decode_audio) {
 218                         while (avcodec_decode_audio4 (_audio_codec_context, _frame, &frame_finished, &_packet) >= 0 && frame_finished) {
 219                                 int const data_size = av_samples_get_buffer_size (
 220                                         0, _audio_codec_context->channels, _frame->nb_samples, audio_sample_format (), 1
 221                                         );
 222
 223                                 assert (_audio_codec_context->channels == _fs->audio_channels);
 224                                 process_audio (_frame->data[0], data_size);
 225                         }
 226                 }
 227
 228                 return true;
 229         }
 230
 231         if (_packet.stream_index == _video_stream && _opt->decode_video) {
 232
 233                 int frame_finished;
 234                 if (avcodec_decode_video2 (_video_codec_context, _frame, &frame_finished, &_packet) >= 0 && frame_finished) {
 235                         process_video (_frame);
 236                 }
 237
 238         } else if (_audio_stream >= 0 && _packet.stream_index == _audio_stream && _opt->decode_audio) {
 239
 240                 avcodec_get_frame_defaults (_frame);
 241
 242                 int frame_finished;
 243                 if (avcodec_decode_audio4 (_audio_codec_context, _frame, &frame_finished, &_packet) >= 0 && frame_finished) {
 244                         int const data_size = av_samples_get_buffer_size (
 245                                 0, _audio_codec_context->channels, _frame->nb_samples, audio_sample_format (), 1
 246                                 );
 247
 248                         assert (_audio_codec_context->channels == _fs->audio_channels);
 249                         process_audio (_frame->data[0], data_size);
 250                 }
 251
 252         } else if (_subtitle_stream >= 0 && _packet.stream_index == _subtitle_stream && _fs->with_subtitles) {
 253
 254                 if (_have_subtitle) {
 255                         avsubtitle_free (&_subtitle);
 256                         _have_subtitle = false;
 257                 }
 258
 259                 int got_subtitle;
 260                 if (avcodec_decode_subtitle2 (_subtitle_codec_context, &_subtitle, &got_subtitle, &_packet) && got_subtitle) {
 261                         _have_subtitle = true;
 262                 }
 263         }
 264
 265         av_free_packet (&_packet);
 266         return false;
 267 }
 268
 269 int
 270 FFmpegDecoder::length_in_frames () const
 271 {
 272         return (_format_context->duration / AV_TIME_BASE) * frames_per_second ();
 273 }
 274
 275 float
 276 FFmpegDecoder::frames_per_second () const
 277 {
 278         return av_q2d (_format_context->streams[_video_stream]->avg_frame_rate);
 279 }
 280
 281 int
 282 FFmpegDecoder::audio_channels () const
 283 {
 284         if (_audio_codec_context == 0) {
 285                 return 0;
 286         }
 287
 288         return _audio_codec_context->channels;
 289 }
 290
 291 int
 292 FFmpegDecoder::audio_sample_rate () const
 293 {
 294         if (_audio_codec_context == 0) {
 295                 return 0;
 296         }
 297
 298         return _audio_codec_context->sample_rate;
 299 }
 300
 301 AVSampleFormat
 302 FFmpegDecoder::audio_sample_format () const
 303 {
 304         if (_audio_codec_context == 0) {
 305                 return (AVSampleFormat) 0;
 306         }
 307
 308         return _audio_codec_context->sample_fmt;
 309 }
 310
 311 int64_t
 312 FFmpegDecoder::audio_channel_layout () const
 313 {
 314         if (_audio_codec_context == 0) {
 315                 return 0;
 316         }
 317
 318         return _audio_codec_context->channel_layout;
 319 }
 320
 321 Size
 322 FFmpegDecoder::native_size () const
 323 {
 324         return Size (_video_codec_context->width, _video_codec_context->height);
 325 }
 326
 327 PixelFormat
 328 FFmpegDecoder::pixel_format () const
 329 {
 330         return _video_codec_context->pix_fmt;
 331 }
 332
 333 int
 334 FFmpegDecoder::time_base_numerator () const
 335 {
 336         return _video_codec_context->time_base.num;
 337 }
 338
 339 int
 340 FFmpegDecoder::time_base_denominator () const
 341 {
 342         return _video_codec_context->time_base.den;
 343 }
 344
 345 int
 346 FFmpegDecoder::sample_aspect_ratio_numerator () const
 347 {
 348         return _video_codec_context->sample_aspect_ratio.num;
 349 }
 350
 351 int
 352 FFmpegDecoder::sample_aspect_ratio_denominator () const
 353 {
 354         return _video_codec_context->sample_aspect_ratio.den;
 355 }
 356
 357 void
 358 FFmpegDecoder::overlay (shared_ptr<Image> image) const
 359 {
 360         if (!_have_subtitle) {
 361                 return;
 362         }
 363
 364         /* subtitle PTS in seconds */
 365         float const packet_time = (_subtitle.pts / AV_TIME_BASE) + float (_subtitle.pts % AV_TIME_BASE) / 1e6;
 366         /* hence start time for this sub */
 367         float const from = packet_time + (float (_subtitle.start_display_time) / 1e3);
 368         float const to = packet_time + (float (_subtitle.end_display_time) / 1e3);
 369
 370         float const video_frame_time = float (last_video_frame ()) / rint (_fs->frames_per_second);
 371
 372         if (from > video_frame_time || video_frame_time < to) {
 373                 return;
 374         }
 375
 376         for (unsigned int i = 0; i < _subtitle.num_rects; ++i) {
 377                 AVSubtitleRect* rect = _subtitle.rects[i];
 378                 if (rect->type != SUBTITLE_BITMAP) {
 379                         throw DecodeError ("non-bitmap subtitles not yet supported");
 380                 }
 381
 382                 /* XXX: all this assumes YUV420 in image */
 383
 384                 assert (rect->pict.data[0]);
 385
 386                 /* Start of the first line in the target image */
 387                 uint8_t* frame_y_p = image->data()[0] + rect->y * image->line_size()[0];
 388                 uint8_t* frame_u_p = image->data()[1] + (rect->y / 2) * image->line_size()[1];
 389                 uint8_t* frame_v_p = image->data()[2] + (rect->y / 2) * image->line_size()[2];
 390
 391                 int const hlim = min (rect->y + rect->h, image->size().height) - rect->y;
 392
 393                 /* Start of the first line in the subtitle */
 394                 uint8_t* sub_p = rect->pict.data[0];
 395                 /* sub_p looks up into a RGB palette which is here */
 396                 uint32_t const * palette = (uint32_t *) rect->pict.data[1];
 397
 398                 for (int sub_y = 0; sub_y < hlim; ++sub_y) {
 399                         /* Pointers to the start of this line */
 400                         uint8_t* sub_line_p = sub_p;
 401                         uint8_t* frame_line_y_p = frame_y_p + rect->x;
 402                         uint8_t* frame_line_u_p = frame_u_p + (rect->x / 2);
 403                         uint8_t* frame_line_v_p = frame_v_p + (rect->x / 2);
 404
 405                         /* U and V are subsampled */
 406                         uint8_t next_u = 0;
 407                         uint8_t next_v = 0;
 408                         int subsample_step = 0;
 409
 410                         for (int sub_x = 0; sub_x < rect->w; ++sub_x) {
 411
 412                                 /* RGB value for this subtitle pixel */
 413                                 uint32_t const val = palette[*sub_line_p++];
 414
 415                                 int const     red =  (val &       0xff);
 416                                 int const   green =  (val &     0xff00) >> 8;
 417                                 int const    blue =  (val &   0xff0000) >> 16;
 418                                 float const alpha = ((val & 0xff000000) >> 24) / 255.0;
 419
 420                                 /* Alpha-blend Y */
 421                                 int const cy = *frame_line_y_p;
 422                                 *frame_line_y_p++ = int (cy * (1 - alpha)) + int (RGB_TO_Y_CCIR (red, green, blue) * alpha);
 423
 424                                 /* Store up U and V */
 425                                 next_u |= ((RGB_TO_U_CCIR (red, green, blue, 0) & 0xf0) >> 4) << (4 * subsample_step);
 426                                 next_v |= ((RGB_TO_V_CCIR (red, green, blue, 0) & 0xf0) >> 4) << (4 * subsample_step);
 427
 428                                 if (subsample_step == 1 && (sub_y % 2) == 0) {
 429                                         int const cu = *frame_line_u_p;
 430                                         int const cv = *frame_line_v_p;
 431
 432                                         *frame_line_u_p++ =
 433                                                 int (((cu & 0x0f) * (1 - alpha) + (next_u & 0x0f) * alpha)) |
 434                                                 int (((cu & 0xf0) * (1 - alpha) + (next_u & 0xf0) * alpha));
 435
 436                                         *frame_line_v_p++ =
 437                                                 int (((cv & 0x0f) * (1 - alpha) + (next_v & 0x0f) * alpha)) |
 438                                                 int (((cv & 0xf0) * (1 - alpha) + (next_v & 0xf0) * alpha));
 439
 440                                         next_u = next_v = 0;
 441                                 }
 442
 443                                 subsample_step = (subsample_step + 1) % 2;
 444                         }
 445
 446                         sub_p += rect->pict.linesize[0];
 447                         frame_y_p += image->line_size()[0];
 448                         if ((sub_y % 2) == 0) {
 449                                 frame_u_p += image->line_size()[1];
 450                                 frame_v_p += image->line_size()[2];
 451                         }
 452                 }
 453         }
 454 }
 455
 456 bool
 457 FFmpegDecoder::has_subtitles () const
 458 {
 459         return (_subtitle_stream != -1);
 460 }