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