src/lib/ffmpeg_file_encoder.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2017-2018 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This file is part of DCP-o-matic.
   5
   6     DCP-o-matic is free software; you can redistribute it and/or modify
   7     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9     (at your option) any later version.
  10
  11     DCP-o-matic is distributed in the hope that it will be useful,
  12     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14     GNU General Public License for more details.
  15
  16     You should have received a copy of the GNU General Public License
  17     along with DCP-o-matic.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18
  19 */
  20
  21 #include "ffmpeg_encoder.h"
  22 #include "film.h"
  23 #include "job.h"
  24 #include "player.h"
  25 #include "player_video.h"
  26 #include "log.h"
  27 #include "image.h"
  28 #include "cross.h"
  29 #include "compose.hpp"
  30 #include <iostream>
  31
  32 #include "i18n.h"
  33
  34 using std::string;
  35 using std::runtime_error;
  36 using std::cout;
  37 using std::pair;
  38 using boost::shared_ptr;
  39 using boost::bind;
  40 using boost::weak_ptr;
  41
  42 int FFmpegFileEncoder::_video_stream_index = 0;
  43 int FFmpegFileEncoder::_audio_stream_index = 1;
  44
  45 FFmpegFileEncoder::FFmpegFileEncoder (
  46         dcp::Size video_frame_size,
  47         int video_frame_rate,
  48         int audio_frame_rate,
  49         int channels,
  50         ExportFormat format,
  51         int x264_crf,
  52         boost::filesystem::path output
  53         )
  54         : _video_options (0)
  55         , _audio_channels (channels)
  56         , _output (output)
  57         , _video_frame_size (video_frame_size)
  58         , _video_frame_rate (video_frame_rate)
  59         , _audio_frame_rate (audio_frame_rate)
  60 {
  61         _pixel_format = pixel_format (format);
  62
  63         switch (format) {
  64         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
  65                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  66                 _video_codec_name = "prores_ks";
  67                 _audio_codec_name = "pcm_s16le";
  68                 av_dict_set (&_video_options, "profile", "3", 0);
  69                 av_dict_set (&_video_options, "threads", "auto", 0);
  70                 break;
  71         case EXPORT_FORMAT_H264:
  72                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
  73                 _video_codec_name = "libx264";
  74                 _audio_codec_name = "aac";
  75                 av_dict_set_int (&_video_options, "crf", x264_crf, 0);
  76                 break;
  77         }
  78
  79         setup_video ();
  80         setup_audio ();
  81
  82         int r = avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, 0, 0, _output.string().c_str());
  83         if (!_format_context) {
  84                 throw runtime_error (String::compose("could not allocate FFmpeg format context (%1)", r));
  85         }
  86
  87         _video_stream = avformat_new_stream (_format_context, _video_codec);
  88         if (!_video_stream) {
  89                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output video stream");
  90         }
  91
  92         _audio_stream = avformat_new_stream (_format_context, _audio_codec);
  93         if (!_audio_stream) {
  94                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output audio stream");
  95         }
  96
  97         _video_stream->id = _video_stream_index;
  98         _video_stream->codec = _video_codec_context;
  99
 100         _audio_stream->id = _audio_stream_index;
 101         _audio_stream->codec = _audio_codec_context;
 102
 103         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, &_video_options) < 0) {
 104                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg video codec");
 105         }
 106
 107         r = avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0);
 108         if (r < 0) {
 109                 char buffer[256];
 110                 av_strerror (r, buffer, sizeof(buffer));
 111                 throw runtime_error (String::compose ("could not open FFmpeg audio codec (%1)", buffer));
 112         }
 113
 114         if (avio_open_boost (&_format_context->pb, _output, AVIO_FLAG_WRITE) < 0) {
 115                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg output file");
 116         }
 117
 118         if (avformat_write_header (_format_context, 0) < 0) {
 119                 throw runtime_error ("could not write header to FFmpeg output file");
 120         }
 121
 122         _pending_audio.reset (new AudioBuffers(channels, 0));
 123 }
 124
 125
 126 FFmpegFileEncoder::~FFmpegFileEncoder ()
 127 {
 128         avcodec_close (_video_codec_context);
 129         avcodec_close (_audio_codec_context);
 130         avformat_close_input (&_format_context);
 131 }
 132
 133
 134 AVPixelFormat
 135 FFmpegFileEncoder::pixel_format (ExportFormat format)
 136 {
 137         switch (format) {
 138         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
 139                 return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 140         case EXPORT_FORMAT_H264:
 141                 return AV_PIX_FMT_YUV420P;
 142         default:
 143                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 144         }
 145
 146         return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 147 }
 148
 149 void
 150 FFmpegFileEncoder::setup_video ()
 151 {
 152         _video_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_video_codec_name.c_str());
 153         if (!_video_codec) {
 154                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _video_codec_name));
 155         }
 156
 157         _video_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_video_codec);
 158         if (!_video_codec_context) {
 159                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg video context");
 160         }
 161
 162         avcodec_get_context_defaults3 (_video_codec_context, _video_codec);
 163
 164         /* Variable quantisation */
 165         _video_codec_context->global_quality = 0;
 166         _video_codec_context->width = _video_frame_size.width;
 167         _video_codec_context->height = _video_frame_size.height;
 168         _video_codec_context->time_base = (AVRational) { 1, _video_frame_rate };
 169         _video_codec_context->pix_fmt = _pixel_format;
 170         _video_codec_context->flags |= AV_CODEC_FLAG_QSCALE | AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
 171 }
 172
 173 void
 174 FFmpegFileEncoder::setup_audio ()
 175 {
 176         _audio_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_audio_codec_name.c_str());
 177         if (!_audio_codec) {
 178                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _audio_codec_name));
 179         }
 180
 181         _audio_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_audio_codec);
 182         if (!_audio_codec_context) {
 183                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg audio context");
 184         }
 185
 186         avcodec_get_context_defaults3 (_audio_codec_context, _audio_codec);
 187
 188         /* XXX: configurable */
 189         _audio_codec_context->bit_rate = 256 * 1024;
 190         _audio_codec_context->sample_fmt = _sample_format;
 191         _audio_codec_context->sample_rate = _audio_frame_rate;
 192         _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (_audio_channels);
 193         _audio_codec_context->channels = _audio_channels;
 194 }
 195
 196 void
 197 FFmpegFileEncoder::flush ()
 198 {
 199         if (_pending_audio->frames() > 0) {
 200                 audio_frame (_pending_audio->frames ());
 201         }
 202
 203         bool flushed_video = false;
 204         bool flushed_audio = false;
 205
 206         while (!flushed_video || !flushed_audio) {
 207                 AVPacket packet;
 208                 av_init_packet (&packet);
 209                 packet.data = 0;
 210                 packet.size = 0;
 211
 212                 int got_packet;
 213                 avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 214                 if (got_packet) {
 215                         packet.stream_index = 0;
 216                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 217                 } else {
 218                         flushed_video = true;
 219                 }
 220                 av_packet_unref (&packet);
 221
 222                 av_init_packet (&packet);
 223                 packet.data = 0;
 224                 packet.size = 0;
 225
 226                 avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 227                 if (got_packet) {
 228                         packet.stream_index = 0;
 229                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 230                 } else {
 231                         flushed_audio = true;
 232                 }
 233                 av_packet_unref (&packet);
 234         }
 235
 236         av_write_trailer (_format_context);
 237 }
 238
 239 void
 240 FFmpegFileEncoder::video (shared_ptr<PlayerVideo> video, DCPTime time)
 241 {
 242         shared_ptr<Image> image = video->image (
 243                 bind (&PlayerVideo::force, _1, _pixel_format),
 244                 true,
 245                 false
 246                 );
 247
 248         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 249         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 250
 251         {
 252                 boost::mutex::scoped_lock lm (_pending_images_mutex);
 253                 _pending_images[image->data()[0]] = image;
 254         }
 255
 256         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 257                 AVBufferRef* buffer = av_buffer_create(image->data()[i], image->stride()[i] * image->size().height, &buffer_free, this, 0);
 258                 frame->buf[i] = av_buffer_ref (buffer);
 259                 frame->data[i] = buffer->data;
 260                 frame->linesize[i] = image->stride()[i];
 261                 av_buffer_unref (&buffer);
 262         }
 263
 264         frame->width = image->size().width;
 265         frame->height = image->size().height;
 266         frame->format = _pixel_format;
 267         DCPOMATIC_ASSERT (_video_stream->time_base.num == 1);
 268         frame->pts = time.get() * _video_stream->time_base.den / DCPTime::HZ;
 269
 270         AVPacket packet;
 271         av_init_packet (&packet);
 272         packet.data = 0;
 273         packet.size = 0;
 274
 275         int got_packet;
 276         if (avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 277                 throw EncodeError ("FFmpeg video encode failed");
 278         }
 279
 280         if (got_packet && packet.size) {
 281                 packet.stream_index = _video_stream_index;
 282                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 283                 av_packet_unref (&packet);
 284         }
 285
 286         av_frame_free (&frame);
 287
 288 }
 289
 290 /** Called when the player gives us some audio */
 291 void
 292 FFmpegFileEncoder::audio (shared_ptr<AudioBuffers> audio)
 293 {
 294         _pending_audio->append (audio);
 295
 296         int frame_size = _audio_codec_context->frame_size;
 297         if (frame_size == 0) {
 298                 /* codec has AV_CODEC_CAP_VARIABLE_FRAME_SIZE */
 299                 frame_size = _audio_frame_rate / _video_frame_rate;
 300         }
 301
 302         while (_pending_audio->frames() >= frame_size) {
 303                 audio_frame (frame_size);
 304         }
 305 }
 306
 307 void
 308 FFmpegFileEncoder::audio_frame (int size)
 309 {
 310         DCPOMATIC_ASSERT (size);
 311
 312         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 313         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 314
 315         int const channels = _pending_audio->channels();
 316         DCPOMATIC_ASSERT (channels);
 317
 318         int const buffer_size = av_samples_get_buffer_size (0, channels, size, _audio_codec_context->sample_fmt, 0);
 319         DCPOMATIC_ASSERT (buffer_size >= 0);
 320
 321         void* samples = av_malloc (buffer_size);
 322         DCPOMATIC_ASSERT (samples);
 323
 324         frame->nb_samples = size;
 325         int r = avcodec_fill_audio_frame (frame, channels, _audio_codec_context->sample_fmt, (const uint8_t *) samples, buffer_size, 0);
 326         DCPOMATIC_ASSERT (r >= 0);
 327
 328         float** p = _pending_audio->data ();
 329         switch (_audio_codec_context->sample_fmt) {
 330         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 331         {
 332                 int16_t* q = reinterpret_cast<int16_t*> (samples);
 333                 for (int i = 0; i < size; ++i) {
 334                         for (int j = 0; j < channels; ++j) {
 335                                 *q++ = p[j][i] * 32767;
 336                         }
 337                 }
 338                 break;
 339         }
 340         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 341         {
 342                 float* q = reinterpret_cast<float*> (samples);
 343                 for (int i = 0; i < channels; ++i) {
 344                         memcpy (q, p[i], sizeof(float) * size);
 345                         q += size;
 346                 }
 347                 break;
 348         }
 349         default:
 350                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 351         }
 352
 353         AVPacket packet;
 354         av_init_packet (&packet);
 355         packet.data = 0;
 356         packet.size = 0;
 357
 358         int got_packet;
 359         if (avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 360                 throw EncodeError ("FFmpeg audio encode failed");
 361         }
 362
 363         if (got_packet && packet.size) {
 364                 packet.stream_index = _audio_stream_index;
 365                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 366                 av_packet_unref (&packet);
 367         }
 368
 369         av_free (samples);
 370         av_frame_free (&frame);
 371
 372         _pending_audio->trim_start (size);
 373 }
 374
 375 void
 376 FFmpegFileEncoder::subtitle (PlayerText, DCPTimePeriod)
 377 {
 378
 379 }
 380
 381 void
 382 FFmpegFileEncoder::buffer_free (void* opaque, uint8_t* data)
 383 {
 384         reinterpret_cast<FFmpegFileEncoder*>(opaque)->buffer_free2(data);
 385 }
 386
 387 void
 388 FFmpegFileEncoder::buffer_free2 (uint8_t* data)
 389 {
 390         boost::mutex::scoped_lock lm (_pending_images_mutex);
 391         if (_pending_images.find(data) != _pending_images.end()) {
 392                 _pending_images.erase (data);
 393         }
 394 }