src/lib/ffmpeg_decoder.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2012-2016 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7     (at your option) any later version.
   8
   9     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12     GNU General Public License for more details.
  13
  14     You should have received a copy of the GNU General Public License
  15     along with this program; if not, write to the Free Software
  16     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  17
  18 */
  19
  20 /** @file  src/ffmpeg_decoder.cc
  21  *  @brief A decoder using FFmpeg to decode content.
  22  */
  23
  24 #include "filter.h"
  25 #include "exceptions.h"
  26 #include "image.h"
  27 #include "util.h"
  28 #include "log.h"
  29 #include "ffmpeg_decoder.h"
  30 #include "ffmpeg_audio_stream.h"
  31 #include "ffmpeg_subtitle_stream.h"
  32 #include "video_filter_graph.h"
  33 #include "audio_buffers.h"
  34 #include "ffmpeg_content.h"
  35 #include "raw_image_proxy.h"
  36 #include "film.h"
  37 #include "md5_digester.h"
  38 #include "compose.hpp"
  39 extern "C" {
  40 #include <libavcodec/avcodec.h>
  41 #include <libavformat/avformat.h>
  42 }
  43 #include <boost/foreach.hpp>
  44 #include <vector>
  45 #include <iomanip>
  46 #include <iostream>
  47 #include <stdint.h>
  48
  49 #include "i18n.h"
  50
  51 #define LOG_GENERAL(...) _log->log (String::compose (__VA_ARGS__), LogEntry::TYPE_GENERAL);
  52 #define LOG_ERROR(...) _log->log (String::compose (__VA_ARGS__), LogEntry::TYPE_ERROR);
  53 #define LOG_WARNING_NC(...) _log->log (__VA_ARGS__, LogEntry::TYPE_WARNING);
  54 #define LOG_WARNING(...) _log->log (String::compose (__VA_ARGS__), LogEntry::TYPE_WARNING);
  55
  56 using std::cout;
  57 using std::vector;
  58 using std::list;
  59 using std::min;
  60 using std::pair;
  61 using std::max;
  62 using boost::shared_ptr;
  63 using dcp::Size;
  64
  65 FFmpegDecoder::FFmpegDecoder (shared_ptr<const FFmpegContent> c, shared_ptr<Log> log, bool fast)
  66         : VideoDecoder (c)
  67         , AudioDecoder (c, fast)
  68         , SubtitleDecoder (c)
  69         , FFmpeg (c)
  70         , _log (log)
  71         , _pts_offset (pts_offset (c->ffmpeg_audio_streams(), c->first_video(), c->video_frame_rate()))
  72 {
  73
  74 }
  75
  76 void
  77 FFmpegDecoder::flush ()
  78 {
  79         /* Get any remaining frames */
  80
  81         _packet.data = 0;
  82         _packet.size = 0;
  83
  84         /* XXX: should we reset _packet.data and size after each *_decode_* call? */
  85
  86         while (decode_video_packet ()) {}
  87
  88         decode_audio_packet ();
  89         AudioDecoder::flush ();
  90 }
  91
  92 bool
  93 FFmpegDecoder::pass (PassReason reason, bool accurate)
  94 {
  95         int r = av_read_frame (_format_context, &_packet);
  96
  97         /* AVERROR_INVALIDDATA can apparently be returned sometimes even when av_read_frame
  98            has pretty-much succeeded (and hence generated data which should be processed).
  99            Hence it makes sense to continue here in that case.
 100         */
 101         if (r < 0 && r != AVERROR_INVALIDDATA) {
 102                 if (r != AVERROR_EOF) {
 103                         /* Maybe we should fail here, but for now we'll just finish off instead */
 104                         char buf[256];
 105                         av_strerror (r, buf, sizeof(buf));
 106                         LOG_ERROR (N_("error on av_read_frame (%1) (%2)"), buf, r);
 107                 }
 108
 109                 flush ();
 110                 return true;
 111         }
 112
 113         int const si = _packet.stream_index;
 114         shared_ptr<const FFmpegContent> fc = _ffmpeg_content;
 115
 116         if (si == _video_stream && !_ignore_video && (accurate || reason != PASS_REASON_SUBTITLE)) {
 117                 decode_video_packet ();
 118         } else if (fc->subtitle_stream() && fc->subtitle_stream()->uses_index (_format_context, si)) {
 119                 decode_subtitle_packet ();
 120         } else if (accurate || reason != PASS_REASON_SUBTITLE) {
 121                 decode_audio_packet ();
 122         }
 123
 124         av_free_packet (&_packet);
 125         return false;
 126 }
 127
 128 /** @param data pointer to array of pointers to buffers.
 129  *  Only the first buffer will be used for non-planar data, otherwise there will be one per channel.
 130  */
 131 shared_ptr<AudioBuffers>
 132 FFmpegDecoder::deinterleave_audio (shared_ptr<FFmpegAudioStream> stream) const
 133 {
 134         DCPOMATIC_ASSERT (bytes_per_audio_sample (stream));
 135
 136         int const size = av_samples_get_buffer_size (
 137                 0, stream->stream(_format_context)->codec->channels, _frame->nb_samples, audio_sample_format (stream), 1
 138                 );
 139
 140         /* Deinterleave and convert to float */
 141
 142         /* total_samples and frames will be rounded down here, so if there are stray samples at the end
 143            of the block that do not form a complete sample or frame they will be dropped.
 144         */
 145         int const total_samples = size / bytes_per_audio_sample (stream);
 146         int const frames = total_samples / stream->channels();
 147         shared_ptr<AudioBuffers> audio (new AudioBuffers (stream->channels(), frames));
 148
 149         switch (audio_sample_format (stream)) {
 150         case AV_SAMPLE_FMT_U8:
 151         {
 152                 uint8_t* p = reinterpret_cast<uint8_t *> (_frame->data[0]);
 153                 int sample = 0;
 154                 int channel = 0;
 155                 for (int i = 0; i < total_samples; ++i) {
 156                         audio->data(channel)[sample] = float(*p++) / (1 << 23);
 157
 158                         ++channel;
 159                         if (channel == stream->channels()) {
 160                                 channel = 0;
 161                                 ++sample;
 162                         }
 163                 }
 164         }
 165         break;
 166
 167         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 168         {
 169                 int16_t* p = reinterpret_cast<int16_t *> (_frame->data[0]);
 170                 int sample = 0;
 171                 int channel = 0;
 172                 for (int i = 0; i < total_samples; ++i) {
 173                         audio->data(channel)[sample] = float(*p++) / (1 << 15);
 174
 175                         ++channel;
 176                         if (channel == stream->channels()) {
 177                                 channel = 0;
 178                                 ++sample;
 179                         }
 180                 }
 181         }
 182         break;
 183
 184         case AV_SAMPLE_FMT_S16P:
 185         {
 186                 int16_t** p = reinterpret_cast<int16_t **> (_frame->data);
 187                 for (int i = 0; i < stream->channels(); ++i) {
 188                         for (int j = 0; j < frames; ++j) {
 189                                 audio->data(i)[j] = static_cast<float>(p[i][j]) / (1 << 15);
 190                         }
 191                 }
 192         }
 193         break;
 194
 195         case AV_SAMPLE_FMT_S32:
 196         {
 197                 int32_t* p = reinterpret_cast<int32_t *> (_frame->data[0]);
 198                 int sample = 0;
 199                 int channel = 0;
 200                 for (int i = 0; i < total_samples; ++i) {
 201                         audio->data(channel)[sample] = static_cast<float>(*p++) / (1 << 31);
 202
 203                         ++channel;
 204                         if (channel == stream->channels()) {
 205                                 channel = 0;
 206                                 ++sample;
 207                         }
 208                 }
 209         }
 210         break;
 211
 212         case AV_SAMPLE_FMT_FLT:
 213         {
 214                 float* p = reinterpret_cast<float*> (_frame->data[0]);
 215                 int sample = 0;
 216                 int channel = 0;
 217                 for (int i = 0; i < total_samples; ++i) {
 218                         audio->data(channel)[sample] = *p++;
 219
 220                         ++channel;
 221                         if (channel == stream->channels()) {
 222                                 channel = 0;
 223                                 ++sample;
 224                         }
 225                 }
 226         }
 227         break;
 228
 229         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 230         {
 231                 float** p = reinterpret_cast<float**> (_frame->data);
 232                 /* Sometimes there aren't as many channels in the _frame as in the stream */
 233                 for (int i = 0; i < _frame->channels; ++i) {
 234                         memcpy (audio->data(i), p[i], frames * sizeof(float));
 235                 }
 236                 for (int i = _frame->channels; i < stream->channels(); ++i) {
 237                         audio->make_silent (i);
 238                 }
 239         }
 240         break;
 241
 242         default:
 243                 throw DecodeError (String::compose (_("Unrecognised audio sample format (%1)"), static_cast<int> (audio_sample_format (stream))));
 244         }
 245
 246         return audio;
 247 }
 248
 249 AVSampleFormat
 250 FFmpegDecoder::audio_sample_format (shared_ptr<FFmpegAudioStream> stream) const
 251 {
 252         return stream->stream (_format_context)->codec->sample_fmt;
 253 }
 254
 255 int
 256 FFmpegDecoder::bytes_per_audio_sample (shared_ptr<FFmpegAudioStream> stream) const
 257 {
 258         return av_get_bytes_per_sample (audio_sample_format (stream));
 259 }
 260
 261 void
 262 FFmpegDecoder::seek (ContentTime time, bool accurate)
 263 {
 264         VideoDecoder::seek (time, accurate);
 265         AudioDecoder::seek (time, accurate);
 266         SubtitleDecoder::seek (time, accurate);
 267
 268         /* If we are doing an `accurate' seek, we need to use pre-roll, as
 269            we don't really know what the seek will give us.
 270         */
 271
 272         ContentTime pre_roll = accurate ? ContentTime::from_seconds (2) : ContentTime (0);
 273         time -= pre_roll;
 274
 275         /* XXX: it seems debatable whether PTS should be used here...
 276            http://www.mjbshaw.com/2012/04/seeking-in-ffmpeg-know-your-timestamp.html
 277         */
 278
 279         ContentTime u = time - _pts_offset;
 280         if (u < ContentTime ()) {
 281                 u = ContentTime ();
 282         }
 283         av_seek_frame (_format_context, _video_stream, u.seconds() / av_q2d (_format_context->streams[_video_stream]->time_base), AVSEEK_FLAG_BACKWARD);
 284
 285         avcodec_flush_buffers (video_codec_context());
 286
 287         /* XXX: should be flushing audio buffers? */
 288
 289         if (subtitle_codec_context ()) {
 290                 avcodec_flush_buffers (subtitle_codec_context ());
 291         }
 292 }
 293
 294 void
 295 FFmpegDecoder::decode_audio_packet ()
 296 {
 297         /* Audio packets can contain multiple frames, so we may have to call avcodec_decode_audio4
 298            several times.
 299         */
 300
 301         AVPacket copy_packet = _packet;
 302
 303         /* XXX: inefficient */
 304         vector<shared_ptr<FFmpegAudioStream> > streams = ffmpeg_content()->ffmpeg_audio_streams ();
 305         vector<shared_ptr<FFmpegAudioStream> >::const_iterator stream = streams.begin ();
 306         while (stream != streams.end () && !(*stream)->uses_index (_format_context, copy_packet.stream_index)) {
 307                 ++stream;
 308         }
 309
 310         if (stream == streams.end ()) {
 311                 /* The packet's stream may not be an audio one; just ignore it in this method if so */
 312                 return;
 313         }
 314
 315         while (copy_packet.size > 0) {
 316
 317                 int frame_finished;
 318                 int decode_result = avcodec_decode_audio4 ((*stream)->stream (_format_context)->codec, _frame, &frame_finished, &copy_packet);
 319                 if (decode_result < 0) {
 320                         /* avcodec_decode_audio4 can sometimes return an error even though it has decoded
 321                            some valid data; for example dca_subframe_footer can return AVERROR_INVALIDDATA
 322                            if it overreads the auxiliary data.  ffplay carries on if frame_finished is true,
 323                            even in the face of such an error, so I think we should too.
 324
 325                            Returning from the method here caused mantis #352.
 326                         */
 327                         LOG_WARNING ("avcodec_decode_audio4 failed (%1)", decode_result);
 328
 329                         /* Fudge decode_result so that we come out of the while loop when
 330                            we've processed this data.
 331                         */
 332                         decode_result = copy_packet.size;
 333                 }
 334
 335                 if (frame_finished) {
 336                         ContentTime ct = ContentTime::from_seconds (
 337                                 av_frame_get_best_effort_timestamp (_frame) *
 338                                 av_q2d ((*stream)->stream (_format_context)->time_base))
 339                                 + _pts_offset;
 340
 341                         shared_ptr<AudioBuffers> data = deinterleave_audio (*stream);
 342
 343                         if (ct < ContentTime ()) {
 344                                 /* Discard audio data that comes before time 0 */
 345                                 Frame const remove = min (int64_t (data->frames()), (-ct).frames_ceil(double((*stream)->frame_rate ())));
 346                                 data->move (remove, 0, data->frames() - remove);
 347                                 data->set_frames (data->frames() - remove);
 348                                 ct += ContentTime::from_frames (remove, (*stream)->frame_rate ());
 349                         }
 350
 351                         if (data->frames() > 0) {
 352                                 audio (*stream, data, ct);
 353                         }
 354                 }
 355
 356                 copy_packet.data += decode_result;
 357                 copy_packet.size -= decode_result;
 358         }
 359 }
 360
 361 bool
 362 FFmpegDecoder::decode_video_packet ()
 363 {
 364         int frame_finished;
 365         if (avcodec_decode_video2 (video_codec_context(), _frame, &frame_finished, &_packet) < 0 || !frame_finished) {
 366                 return false;
 367         }
 368
 369         boost::mutex::scoped_lock lm (_filter_graphs_mutex);
 370
 371         shared_ptr<VideoFilterGraph> graph;
 372
 373         list<shared_ptr<VideoFilterGraph> >::iterator i = _filter_graphs.begin();
 374         while (i != _filter_graphs.end() && !(*i)->can_process (dcp::Size (_frame->width, _frame->height), (AVPixelFormat) _frame->format)) {
 375                 ++i;
 376         }
 377
 378         if (i == _filter_graphs.end ()) {
 379                 graph.reset (new VideoFilterGraph (dcp::Size (_frame->width, _frame->height), (AVPixelFormat) _frame->format));
 380                 graph->setup (_ffmpeg_content->filters ());
 381                 _filter_graphs.push_back (graph);
 382                 LOG_GENERAL (N_("New graph for %1x%2, pixel format %3"), _frame->width, _frame->height, _frame->format);
 383         } else {
 384                 graph = *i;
 385         }
 386
 387         list<pair<shared_ptr<Image>, int64_t> > images = graph->process (_frame);
 388
 389         for (list<pair<shared_ptr<Image>, int64_t> >::iterator i = images.begin(); i != images.end(); ++i) {
 390
 391                 shared_ptr<Image> image = i->first;
 392
 393                 if (i->second != AV_NOPTS_VALUE) {
 394                         double const pts = i->second * av_q2d (_format_context->streams[_video_stream]->time_base) + _pts_offset.seconds ();
 395                         video (
 396                                 shared_ptr<ImageProxy> (new RawImageProxy (image)),
 397                                 llrint (pts * _ffmpeg_content->video_frame_rate ())
 398                                 );
 399                 } else {
 400                         LOG_WARNING_NC ("Dropping frame without PTS");
 401                 }
 402         }
 403
 404         return true;
 405 }
 406
 407 void
 408 FFmpegDecoder::decode_subtitle_packet ()
 409 {
 410         int got_subtitle;
 411         AVSubtitle sub;
 412         if (avcodec_decode_subtitle2 (subtitle_codec_context(), &sub, &got_subtitle, &_packet) < 0 || !got_subtitle) {
 413                 return;
 414         }
 415
 416         if (sub.num_rects <= 0) {
 417                 /* Sometimes we get an empty AVSubtitle, which is used by some codecs to
 418                    indicate that the previous subtitle should stop.  We can ignore it here.
 419                 */
 420                 return;
 421         }
 422
 423         /* Subtitle PTS (within the source, not taking into account any of the
 424            source that we may have chopped off for the DCP).
 425         */
 426         FFmpegSubtitlePeriod sub_period = subtitle_period (sub);
 427         ContentTimePeriod period;
 428         period.from = sub_period.from + _pts_offset;
 429         if (sub_period.to) {
 430                 /* We already know the subtitle period `to' time */
 431                 period.to = sub_period.to.get() + _pts_offset;
 432         } else {
 433                 /* We have to look up the `to' time in the stream's records */
 434                 period.to = ffmpeg_content()->subtitle_stream()->find_subtitle_to (subtitle_id (sub));
 435         }
 436
 437         for (unsigned int i = 0; i < sub.num_rects; ++i) {
 438                 AVSubtitleRect const * rect = sub.rects[i];
 439
 440                 switch (rect->type) {
 441                 case SUBTITLE_NONE:
 442                         break;
 443                 case SUBTITLE_BITMAP:
 444                         decode_bitmap_subtitle (rect, period);
 445                         break;
 446                 case SUBTITLE_TEXT:
 447                         cout << "XXX: SUBTITLE_TEXT " << rect->text << "\n";
 448                         break;
 449                 case SUBTITLE_ASS:
 450                         cout << "XXX: SUBTITLE_ASS " << rect->ass << "\n";
 451                         break;
 452                 }
 453         }
 454
 455         avsubtitle_free (&sub);
 456 }
 457
 458 list<ContentTimePeriod>
 459 FFmpegDecoder::image_subtitles_during (ContentTimePeriod p, bool starting) const
 460 {
 461         return _ffmpeg_content->subtitles_during (p, starting);
 462 }
 463
 464 list<ContentTimePeriod>
 465 FFmpegDecoder::text_subtitles_during (ContentTimePeriod, bool) const
 466 {
 467         return list<ContentTimePeriod> ();
 468 }
 469
 470 void
 471 FFmpegDecoder::decode_bitmap_subtitle (AVSubtitleRect const * rect, ContentTimePeriod period)
 472 {
 473         /* Note RGBA is expressed little-endian, so the first byte in the word is R, second
 474            G, third B, fourth A.
 475         */
 476         shared_ptr<Image> image (new Image (AV_PIX_FMT_RGBA, dcp::Size (rect->w, rect->h), true));
 477
 478         /* Start of the first line in the subtitle */
 479         uint8_t* sub_p = rect->pict.data[0];
 480         /* sub_p looks up into a BGRA palette which is here
 481            (i.e. first byte B, second G, third R, fourth A)
 482         */
 483         uint32_t const * palette = (uint32_t *) rect->pict.data[1];
 484         /* Start of the output data */
 485         uint32_t* out_p = (uint32_t *) image->data()[0];
 486
 487         for (int y = 0; y < rect->h; ++y) {
 488                 uint8_t* sub_line_p = sub_p;
 489                 uint32_t* out_line_p = out_p;
 490                 for (int x = 0; x < rect->w; ++x) {
 491                         uint32_t const p = palette[*sub_line_p++];
 492                         *out_line_p++ = ((p & 0xff) << 16) | (p & 0xff00) | ((p & 0xff0000) >> 16) | (p & 0xff000000);
 493                 }
 494                 sub_p += rect->pict.linesize[0];
 495                 out_p += image->stride()[0] / sizeof (uint32_t);
 496         }
 497
 498         dcp::Size const vs = _ffmpeg_content->video_size ();
 499         dcpomatic::Rect<double> const scaled_rect (
 500                 static_cast<double> (rect->x) / vs.width,
 501                 static_cast<double> (rect->y) / vs.height,
 502                 static_cast<double> (rect->w) / vs.width,
 503                 static_cast<double> (rect->h) / vs.height
 504                 );
 505
 506         image_subtitle (period, image, scaled_rect);
 507 }