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 "butler.h"
  30 #include "compose.hpp"
  31 #include <iostream>
  32
  33 #include "i18n.h"
  34
  35 using std::string;
  36 using std::runtime_error;
  37 using std::cout;
  38 using std::pair;
  39 using boost::shared_ptr;
  40 using boost::bind;
  41 using boost::weak_ptr;
  42
  43 int FFmpegFileEncoder::_video_stream_index = 0;
  44 int FFmpegFileEncoder::_audio_stream_index = 1;
  45
  46 static AVPixelFormat
  47 force_pixel_format (AVPixelFormat, AVPixelFormat out)
  48 {
  49         return out;
  50 }
  51
  52 FFmpegFileEncoder::FFmpegFileEncoder (
  53         dcp::Size video_frame_size,
  54         int video_frame_rate,
  55         int audio_frame_rate,
  56         int channels,
  57         shared_ptr<Log> log,
  58         ExportFormat format,
  59         int x264_crf,
  60         boost::filesystem::path output
  61         )
  62         : _video_options (0)
  63         , _audio_channels (channels)
  64         , _output (output)
  65         , _video_frame_size (video_frame_size)
  66         , _video_frame_rate (video_frame_rate)
  67         , _audio_frame_rate (audio_frame_rate)
  68         , _log (log)
  69 {
  70         switch (format) {
  71         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
  72                 _pixel_format = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
  73                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  74                 _video_codec_name = "prores_ks";
  75                 _audio_codec_name = "pcm_s16le";
  76                 av_dict_set (&_video_options, "profile", "3", 0);
  77                 av_dict_set (&_video_options, "threads", "auto", 0);
  78                 break;
  79         case EXPORT_FORMAT_H264:
  80                 _pixel_format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
  81                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
  82                 _video_codec_name = "libx264";
  83                 _audio_codec_name = "aac";
  84                 av_dict_set_int (&_video_options, "crf", x264_crf, 0);
  85                 break;
  86         }
  87
  88         setup_video ();
  89         setup_audio ();
  90
  91         avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, 0, 0, _output.string().c_str());
  92         if (!_format_context) {
  93                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg format context");
  94         }
  95
  96         _video_stream = avformat_new_stream (_format_context, _video_codec);
  97         if (!_video_stream) {
  98                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output video stream");
  99         }
 100
 101         _audio_stream = avformat_new_stream (_format_context, _audio_codec);
 102         if (!_audio_stream) {
 103                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output audio stream");
 104         }
 105
 106         _video_stream->id = _video_stream_index;
 107         _video_stream->codec = _video_codec_context;
 108
 109         _audio_stream->id = _audio_stream_index;
 110         _audio_stream->codec = _audio_codec_context;
 111
 112         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, &_video_options) < 0) {
 113                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg video codec");
 114         }
 115
 116         int r = avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0);
 117         if (r < 0) {
 118                 char buffer[256];
 119                 av_strerror (r, buffer, sizeof(buffer));
 120                 throw runtime_error (String::compose ("could not open FFmpeg audio codec (%1)", buffer));
 121         }
 122
 123         if (avio_open_boost (&_format_context->pb, _output, AVIO_FLAG_WRITE) < 0) {
 124                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg output file");
 125         }
 126
 127         if (avformat_write_header (_format_context, 0) < 0) {
 128                 throw runtime_error ("could not write header to FFmpeg output file");
 129         }
 130
 131         _pending_audio.reset (new AudioBuffers(channels, 0));
 132 }
 133
 134 void
 135 FFmpegFileEncoder::setup_video ()
 136 {
 137         _video_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_video_codec_name.c_str());
 138         if (!_video_codec) {
 139                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _video_codec_name));
 140         }
 141
 142         _video_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_video_codec);
 143         if (!_video_codec_context) {
 144                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg video context");
 145         }
 146
 147         avcodec_get_context_defaults3 (_video_codec_context, _video_codec);
 148
 149         /* Variable quantisation */
 150         _video_codec_context->global_quality = 0;
 151         _video_codec_context->width = _video_frame_size.width;
 152         _video_codec_context->height = _video_frame_size.height;
 153         _video_codec_context->time_base = (AVRational) { 1, _video_frame_rate };
 154         _video_codec_context->pix_fmt = _pixel_format;
 155         _video_codec_context->flags |= AV_CODEC_FLAG_QSCALE | AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
 156 }
 157
 158 void
 159 FFmpegFileEncoder::setup_audio ()
 160 {
 161         _audio_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_audio_codec_name.c_str());
 162         if (!_audio_codec) {
 163                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _audio_codec_name));
 164         }
 165
 166         _audio_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_audio_codec);
 167         if (!_audio_codec_context) {
 168                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg audio context");
 169         }
 170
 171         avcodec_get_context_defaults3 (_audio_codec_context, _audio_codec);
 172
 173         /* XXX: configurable */
 174         _audio_codec_context->bit_rate = 256 * 1024;
 175         _audio_codec_context->sample_fmt = _sample_format;
 176         _audio_codec_context->sample_rate = _audio_frame_rate;
 177         _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (_audio_channels);
 178         _audio_codec_context->channels = _audio_channels;
 179 }
 180
 181 void
 182 FFmpegFileEncoder::flush ()
 183 {
 184         if (_pending_audio->frames() > 0) {
 185                 audio_frame (_pending_audio->frames ());
 186         }
 187
 188         bool flushed_video = false;
 189         bool flushed_audio = false;
 190
 191         while (!flushed_video || !flushed_audio) {
 192                 AVPacket packet;
 193                 av_init_packet (&packet);
 194                 packet.data = 0;
 195                 packet.size = 0;
 196
 197                 int got_packet;
 198                 avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 199                 if (got_packet) {
 200                         packet.stream_index = 0;
 201                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 202                 } else {
 203                         flushed_video = true;
 204                 }
 205                 av_packet_unref (&packet);
 206
 207                 av_init_packet (&packet);
 208                 packet.data = 0;
 209                 packet.size = 0;
 210
 211                 avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 212                 if (got_packet) {
 213                         packet.stream_index = 0;
 214                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 215                 } else {
 216                         flushed_audio = true;
 217                 }
 218                 av_packet_unref (&packet);
 219         }
 220
 221         av_write_trailer (_format_context);
 222
 223         avcodec_close (_video_codec_context);
 224         avcodec_close (_audio_codec_context);
 225         avio_close (_format_context->pb);
 226         avformat_free_context (_format_context);
 227 }
 228
 229 void
 230 FFmpegFileEncoder::video (shared_ptr<PlayerVideo> video, DCPTime time)
 231 {
 232         shared_ptr<Image> image = video->image (
 233                 boost::optional<dcp::NoteHandler>(bind(&Log::dcp_log, _log.get(), _1, _2)),
 234                 bind (&force_pixel_format, _1, _pixel_format),
 235                 true,
 236                 false
 237                 );
 238
 239         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 240         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 241
 242         _pending_images[image->data()[0]] = image;
 243         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 244                 AVBufferRef* buffer = av_buffer_create(image->data()[i], image->stride()[i] * image->size().height, &buffer_free, this, 0);
 245                 frame->buf[i] = av_buffer_ref (buffer);
 246                 frame->data[i] = buffer->data;
 247                 frame->linesize[i] = image->stride()[i];
 248                 av_buffer_unref (&buffer);
 249         }
 250
 251         frame->width = image->size().width;
 252         frame->height = image->size().height;
 253         frame->format = _pixel_format;
 254         frame->pts = time.seconds() / av_q2d (_video_stream->time_base);
 255
 256         AVPacket packet;
 257         av_init_packet (&packet);
 258         packet.data = 0;
 259         packet.size = 0;
 260
 261         int got_packet;
 262         if (avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 263                 throw EncodeError ("FFmpeg video encode failed");
 264         }
 265
 266         if (got_packet && packet.size) {
 267                 packet.stream_index = _video_stream_index;
 268                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 269                 av_packet_unref (&packet);
 270         }
 271
 272         av_frame_free (&frame);
 273
 274 }
 275
 276 /** Called when the player gives us some audio */
 277 void
 278 FFmpegFileEncoder::audio (shared_ptr<AudioBuffers> audio)
 279 {
 280         _pending_audio->append (audio);
 281
 282         int frame_size = _audio_codec_context->frame_size;
 283         if (frame_size == 0) {
 284                 /* codec has AV_CODEC_CAP_VARIABLE_FRAME_SIZE */
 285                 frame_size = _audio_frame_rate / _video_frame_rate;
 286         }
 287
 288         while (_pending_audio->frames() >= frame_size) {
 289                 audio_frame (frame_size);
 290         }
 291 }
 292
 293 void
 294 FFmpegFileEncoder::audio_frame (int size)
 295 {
 296         DCPOMATIC_ASSERT (size);
 297
 298         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 299         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 300
 301         int const channels = _pending_audio->channels();
 302         DCPOMATIC_ASSERT (channels);
 303
 304         int const buffer_size = av_samples_get_buffer_size (0, channels, size, _audio_codec_context->sample_fmt, 0);
 305         DCPOMATIC_ASSERT (buffer_size >= 0);
 306
 307         void* samples = av_malloc (buffer_size);
 308         DCPOMATIC_ASSERT (samples);
 309
 310         frame->nb_samples = size;
 311         int r = avcodec_fill_audio_frame (frame, channels, _audio_codec_context->sample_fmt, (const uint8_t *) samples, buffer_size, 0);
 312         DCPOMATIC_ASSERT (r >= 0);
 313
 314         float** p = _pending_audio->data ();
 315         switch (_audio_codec_context->sample_fmt) {
 316         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 317         {
 318                 int16_t* q = reinterpret_cast<int16_t*> (samples);
 319                 for (int i = 0; i < size; ++i) {
 320                         for (int j = 0; j < channels; ++j) {
 321                                 *q++ = p[j][i] * 32767;
 322                         }
 323                 }
 324                 break;
 325         }
 326         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 327         {
 328                 float* q = reinterpret_cast<float*> (samples);
 329                 for (int i = 0; i < channels; ++i) {
 330                         memcpy (q, p[i], sizeof(float) * size);
 331                         q += size;
 332                 }
 333                 break;
 334         }
 335         default:
 336                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 337         }
 338
 339         AVPacket packet;
 340         av_init_packet (&packet);
 341         packet.data = 0;
 342         packet.size = 0;
 343
 344         int got_packet;
 345         if (avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 346                 throw EncodeError ("FFmpeg audio encode failed");
 347         }
 348
 349         if (got_packet && packet.size) {
 350                 packet.stream_index = _audio_stream_index;
 351                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 352                 av_packet_unref (&packet);
 353         }
 354
 355         av_free (samples);
 356         av_frame_free (&frame);
 357
 358         _pending_audio->trim_start (size);
 359 }
 360
 361 void
 362 FFmpegFileEncoder::subtitle (PlayerText, DCPTimePeriod)
 363 {
 364
 365 }
 366
 367 void
 368 FFmpegFileEncoder::buffer_free (void* opaque, uint8_t* data)
 369 {
 370         reinterpret_cast<FFmpegFileEncoder*>(opaque)->buffer_free2(data);
 371 }
 372
 373 void
 374 FFmpegFileEncoder::buffer_free2 (uint8_t* data)
 375 {
 376         _pending_images.erase (data);
 377 }