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 using boost::optional;
  42 using namespace dcpomatic;
  43
  44 int FFmpegFileEncoder::_video_stream_index = 0;
  45 int FFmpegFileEncoder::_audio_stream_index = 1;
  46
  47 FFmpegFileEncoder::FFmpegFileEncoder (
  48         dcp::Size video_frame_size,
  49         int video_frame_rate,
  50         int audio_frame_rate,
  51         int channels,
  52         ExportFormat format,
  53         int x264_crf,
  54         boost::filesystem::path output
  55 #ifdef DCPOMATIC_VARIANT_SWAROOP
  56         , optional<dcp::Key> key
  57         , optional<string> id
  58 #endif
  59         )
  60         : _video_options (0)
  61         , _audio_channels (channels)
  62         , _output (output)
  63         , _video_frame_size (video_frame_size)
  64         , _video_frame_rate (video_frame_rate)
  65         , _audio_frame_rate (audio_frame_rate)
  66 {
  67         _pixel_format = pixel_format (format);
  68
  69         switch (format) {
  70         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
  71                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  72                 _video_codec_name = "prores_ks";
  73                 _audio_codec_name = "pcm_s16le";
  74                 av_dict_set (&_video_options, "profile", "3", 0);
  75                 av_dict_set (&_video_options, "threads", "auto", 0);
  76                 break;
  77         case EXPORT_FORMAT_H264:
  78                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
  79                 _video_codec_name = "libx264";
  80                 _audio_codec_name = "aac";
  81                 av_dict_set_int (&_video_options, "crf", x264_crf, 0);
  82                 break;
  83         }
  84
  85         setup_video ();
  86         setup_audio ();
  87
  88 #ifdef DCPOMATIC_VARIANT_SWAROOP
  89         int r = avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, av_guess_format("mp4", 0, 0), 0, 0);
  90 #else
  91         int r = avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, 0, 0, _output.string().c_str());
  92 #endif
  93         if (!_format_context) {
  94                 throw runtime_error (String::compose("could not allocate FFmpeg format context (%1)", r));
  95         }
  96
  97         _video_stream = avformat_new_stream (_format_context, _video_codec);
  98         if (!_video_stream) {
  99                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output video stream");
 100         }
 101
 102         _audio_stream = avformat_new_stream (_format_context, _audio_codec);
 103         if (!_audio_stream) {
 104                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output audio stream");
 105         }
 106
 107         _video_stream->id = _video_stream_index;
 108         _video_stream->codec = _video_codec_context;
 109
 110         _audio_stream->id = _audio_stream_index;
 111         _audio_stream->codec = _audio_codec_context;
 112
 113         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, &_video_options) < 0) {
 114                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg video codec");
 115         }
 116
 117         r = avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0);
 118         if (r < 0) {
 119                 char buffer[256];
 120                 av_strerror (r, buffer, sizeof(buffer));
 121                 throw runtime_error (String::compose ("could not open FFmpeg audio codec (%1)", buffer));
 122         }
 123
 124         if (avio_open_boost (&_format_context->pb, _output, AVIO_FLAG_WRITE) < 0) {
 125                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg output file");
 126         }
 127
 128         AVDictionary* options = 0;
 129
 130 #ifdef DCPOMATIC_VARIANT_SWAROOP
 131         if (key) {
 132                 av_dict_set (&options, "encryption_key", key->hex().c_str(), 0);
 133                 /* XXX: is this OK? */
 134                 av_dict_set (&options, "encryption_kid", "00000000000000000000000000000000", 0);
 135                 av_dict_set (&options, "encryption_scheme", "cenc-aes-ctr", 0);
 136         }
 137
 138         if (id) {
 139                 if (av_dict_set(&_format_context->metadata, SWAROOP_ID_TAG, id->c_str(), 0) < 0) {
 140                         throw runtime_error ("Could not write ID to output");
 141                 }
 142         }
 143 #endif
 144
 145         if (avformat_write_header (_format_context, &options) < 0) {
 146                 throw runtime_error ("could not write header to FFmpeg output file");
 147         }
 148
 149         _pending_audio.reset (new AudioBuffers(channels, 0));
 150 }
 151
 152 AVPixelFormat
 153 FFmpegFileEncoder::pixel_format (ExportFormat format)
 154 {
 155         switch (format) {
 156         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
 157                 return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 158         case EXPORT_FORMAT_H264:
 159                 return AV_PIX_FMT_YUV420P;
 160         default:
 161                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 162         }
 163
 164         return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 165 }
 166
 167 void
 168 FFmpegFileEncoder::setup_video ()
 169 {
 170         _video_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_video_codec_name.c_str());
 171         if (!_video_codec) {
 172                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _video_codec_name));
 173         }
 174
 175         _video_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_video_codec);
 176         if (!_video_codec_context) {
 177                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg video context");
 178         }
 179
 180         avcodec_get_context_defaults3 (_video_codec_context, _video_codec);
 181
 182         /* Variable quantisation */
 183         _video_codec_context->global_quality = 0;
 184         _video_codec_context->width = _video_frame_size.width;
 185         _video_codec_context->height = _video_frame_size.height;
 186         _video_codec_context->time_base = (AVRational) { 1, _video_frame_rate };
 187         _video_codec_context->pix_fmt = _pixel_format;
 188         _video_codec_context->flags |= AV_CODEC_FLAG_QSCALE | AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
 189 }
 190
 191 void
 192 FFmpegFileEncoder::setup_audio ()
 193 {
 194         _audio_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_audio_codec_name.c_str());
 195         if (!_audio_codec) {
 196                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _audio_codec_name));
 197         }
 198
 199         _audio_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_audio_codec);
 200         if (!_audio_codec_context) {
 201                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg audio context");
 202         }
 203
 204         avcodec_get_context_defaults3 (_audio_codec_context, _audio_codec);
 205
 206         /* XXX: configurable */
 207         _audio_codec_context->bit_rate = 256 * 1024;
 208         _audio_codec_context->sample_fmt = _sample_format;
 209         _audio_codec_context->sample_rate = _audio_frame_rate;
 210         _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (_audio_channels);
 211         _audio_codec_context->channels = _audio_channels;
 212 }
 213
 214 void
 215 FFmpegFileEncoder::flush ()
 216 {
 217         if (_pending_audio->frames() > 0) {
 218                 audio_frame (_pending_audio->frames ());
 219         }
 220
 221         bool flushed_video = false;
 222         bool flushed_audio = false;
 223
 224         while (!flushed_video || !flushed_audio) {
 225                 AVPacket packet;
 226                 av_init_packet (&packet);
 227                 packet.data = 0;
 228                 packet.size = 0;
 229
 230                 int got_packet;
 231                 avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 232                 if (got_packet) {
 233                         packet.stream_index = 0;
 234                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 235                 } else {
 236                         flushed_video = true;
 237                 }
 238                 av_packet_unref (&packet);
 239
 240                 av_init_packet (&packet);
 241                 packet.data = 0;
 242                 packet.size = 0;
 243
 244                 avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 245                 if (got_packet) {
 246                         packet.stream_index = 0;
 247                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 248                 } else {
 249                         flushed_audio = true;
 250                 }
 251                 av_packet_unref (&packet);
 252         }
 253
 254         av_write_trailer (_format_context);
 255
 256         avcodec_close (_video_codec_context);
 257         avcodec_close (_audio_codec_context);
 258         avio_close (_format_context->pb);
 259         avformat_free_context (_format_context);
 260 }
 261
 262 void
 263 FFmpegFileEncoder::video (shared_ptr<PlayerVideo> video, DCPTime time)
 264 {
 265         shared_ptr<Image> image = video->image (
 266                 bind (&PlayerVideo::force, _1, _pixel_format),
 267                 true,
 268                 false
 269                 );
 270
 271         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 272         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 273
 274         _pending_images[image->data()[0]] = image;
 275         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 276                 AVBufferRef* buffer = av_buffer_create(image->data()[i], image->stride()[i] * image->size().height, &buffer_free, this, 0);
 277                 frame->buf[i] = av_buffer_ref (buffer);
 278                 frame->data[i] = buffer->data;
 279                 frame->linesize[i] = image->stride()[i];
 280                 av_buffer_unref (&buffer);
 281         }
 282
 283         frame->width = image->size().width;
 284         frame->height = image->size().height;
 285         frame->format = _pixel_format;
 286         frame->pts = time.seconds() / av_q2d (_video_stream->time_base);
 287
 288         AVPacket packet;
 289         av_init_packet (&packet);
 290         packet.data = 0;
 291         packet.size = 0;
 292
 293         int got_packet;
 294         if (avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 295                 throw EncodeError ("FFmpeg video encode failed");
 296         }
 297
 298         if (got_packet && packet.size) {
 299                 packet.stream_index = _video_stream_index;
 300                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 301                 av_packet_unref (&packet);
 302         }
 303
 304         av_frame_free (&frame);
 305
 306 }
 307
 308 /** Called when the player gives us some audio */
 309 void
 310 FFmpegFileEncoder::audio (shared_ptr<AudioBuffers> audio)
 311 {
 312         _pending_audio->append (audio);
 313
 314         int frame_size = _audio_codec_context->frame_size;
 315         if (frame_size == 0) {
 316                 /* codec has AV_CODEC_CAP_VARIABLE_FRAME_SIZE */
 317                 frame_size = _audio_frame_rate / _video_frame_rate;
 318         }
 319
 320         while (_pending_audio->frames() >= frame_size) {
 321                 audio_frame (frame_size);
 322         }
 323 }
 324
 325 void
 326 FFmpegFileEncoder::audio_frame (int size)
 327 {
 328         DCPOMATIC_ASSERT (size);
 329
 330         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 331         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 332
 333         int const channels = _pending_audio->channels();
 334         DCPOMATIC_ASSERT (channels);
 335
 336         int const buffer_size = av_samples_get_buffer_size (0, channels, size, _audio_codec_context->sample_fmt, 0);
 337         DCPOMATIC_ASSERT (buffer_size >= 0);
 338
 339         void* samples = av_malloc (buffer_size);
 340         DCPOMATIC_ASSERT (samples);
 341
 342         frame->nb_samples = size;
 343         int r = avcodec_fill_audio_frame (frame, channels, _audio_codec_context->sample_fmt, (const uint8_t *) samples, buffer_size, 0);
 344         DCPOMATIC_ASSERT (r >= 0);
 345
 346         float** p = _pending_audio->data ();
 347         switch (_audio_codec_context->sample_fmt) {
 348         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 349         {
 350                 int16_t* q = reinterpret_cast<int16_t*> (samples);
 351                 for (int i = 0; i < size; ++i) {
 352                         for (int j = 0; j < channels; ++j) {
 353                                 *q++ = p[j][i] * 32767;
 354                         }
 355                 }
 356                 break;
 357         }
 358         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 359         {
 360                 float* q = reinterpret_cast<float*> (samples);
 361                 for (int i = 0; i < channels; ++i) {
 362                         memcpy (q, p[i], sizeof(float) * size);
 363                         q += size;
 364                 }
 365                 break;
 366         }
 367         default:
 368                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 369         }
 370
 371         AVPacket packet;
 372         av_init_packet (&packet);
 373         packet.data = 0;
 374         packet.size = 0;
 375
 376         int got_packet;
 377         if (avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 378                 throw EncodeError ("FFmpeg audio encode failed");
 379         }
 380
 381         if (got_packet && packet.size) {
 382                 packet.stream_index = _audio_stream_index;
 383                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 384                 av_packet_unref (&packet);
 385         }
 386
 387         av_free (samples);
 388         av_frame_free (&frame);
 389
 390         _pending_audio->trim_start (size);
 391 }
 392
 393 void
 394 FFmpegFileEncoder::subtitle (PlayerText, DCPTimePeriod)
 395 {
 396
 397 }
 398
 399 void
 400 FFmpegFileEncoder::buffer_free (void* opaque, uint8_t* data)
 401 {
 402         reinterpret_cast<FFmpegFileEncoder*>(opaque)->buffer_free2(data);
 403 }
 404
 405 void
 406 FFmpegFileEncoder::buffer_free2 (uint8_t* data)
 407 {
 408         _pending_images.erase (data);
 409 }