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