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