src/lib/ffmpeg_decoder.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2012 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 <stdexcept>
  25 #include <vector>
  26 #include <sstream>
  27 #include <iomanip>
  28 #include <iostream>
  29 #include <stdint.h>
  30 extern "C" {
  31 #include <tiffio.h>
  32 #include <libavcodec/avcodec.h>
  33 #include <libavformat/avformat.h>
  34 #include <libswscale/swscale.h>
  35 #include <libpostproc/postprocess.h>
  36 }
  37 #include <sndfile.h>
  38 #include "film.h"
  39 #include "format.h"
  40 #include "transcoder.h"
  41 #include "job.h"
  42 #include "filter.h"
  43 #include "film_state.h"
  44 #include "options.h"
  45 #include "exceptions.h"
  46 #include "image.h"
  47 #include "util.h"
  48 #include "log.h"
  49 #include "ffmpeg_decoder.h"
  50
  51 using namespace std;
  52 using namespace boost;
  53
  54 FFmpegDecoder::FFmpegDecoder (boost::shared_ptr<const FilmState> s, boost::shared_ptr<const Options> o, Job* j, Log* l, bool minimal, bool ignore_length)
  55         : Decoder (s, o, j, l, minimal, ignore_length)
  56         , _format_context (0)
  57         , _video_stream (-1)
  58         , _audio_stream (-1)
  59         , _subtitle_stream (-1)
  60         , _frame (0)
  61         , _video_codec_context (0)
  62         , _video_codec (0)
  63         , _audio_codec_context (0)
  64         , _audio_codec (0)
  65         , _subtitle_codec_context (0)
  66         , _subtitle_codec (0)
  67         , _have_subtitle (false)
  68 {
  69         setup_general ();
  70         setup_video ();
  71         setup_audio ();
  72         setup_subtitle ();
  73 }
  74
  75 FFmpegDecoder::~FFmpegDecoder ()
  76 {
  77         if (_audio_codec_context) {
  78                 avcodec_close (_audio_codec_context);
  79         }
  80
  81         if (_video_codec_context) {
  82                 avcodec_close (_video_codec_context);
  83         }
  84
  85         if (_have_subtitle) {
  86                 avsubtitle_free (&_subtitle);
  87         }
  88
  89         if (_subtitle_codec_context) {
  90                 avcodec_close (_subtitle_codec_context);
  91         }
  92
  93         av_free (_frame);
  94         avformat_close_input (&_format_context);
  95 }
  96
  97 void
  98 FFmpegDecoder::setup_general ()
  99 {
 100         int r;
 101
 102         av_register_all ();
 103
 104         if ((r = avformat_open_input (&_format_context, _fs->content_path().c_str(), 0, 0)) != 0) {
 105                 throw OpenFileError (_fs->content_path ());
 106         }
 107
 108         if (avformat_find_stream_info (_format_context, 0) < 0) {
 109                 throw DecodeError ("could not find stream information");
 110         }
 111
 112         for (uint32_t i = 0; i < _format_context->nb_streams; ++i) {
 113                 if (_format_context->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
 114                         _video_stream = i;
 115                 } else if (_format_context->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO) {
 116                         _audio_stream = i;
 117                 } else if (_format_context->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE) {
 118                         _subtitle_stream = i;
 119                 }
 120         }
 121
 122         if (_video_stream < 0) {
 123                 throw DecodeError ("could not find video stream");
 124         }
 125
 126         _frame = avcodec_alloc_frame ();
 127         if (_frame == 0) {
 128                 throw DecodeError ("could not allocate frame");
 129         }
 130 }
 131
 132 void
 133 FFmpegDecoder::setup_video ()
 134 {
 135         _video_codec_context = _format_context->streams[_video_stream]->codec;
 136         _video_codec = avcodec_find_decoder (_video_codec_context->codec_id);
 137
 138         if (_video_codec == 0) {
 139                 throw DecodeError ("could not find video decoder");
 140         }
 141
 142         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, 0) < 0) {
 143                 throw DecodeError ("could not open video decoder");
 144         }
 145 }
 146
 147 void
 148 FFmpegDecoder::setup_audio ()
 149 {
 150         if (_audio_stream < 0) {
 151                 return;
 152         }
 153
 154         _audio_codec_context = _format_context->streams[_audio_stream]->codec;
 155         _audio_codec = avcodec_find_decoder (_audio_codec_context->codec_id);
 156
 157         if (_audio_codec == 0) {
 158                 throw DecodeError ("could not find audio decoder");
 159         }
 160
 161         if (avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0) < 0) {
 162                 throw DecodeError ("could not open audio decoder");
 163         }
 164
 165         /* This is a hack; sometimes it seems that _audio_codec_context->channel_layout isn't set up,
 166            so bodge it here.  No idea why we should have to do this.
 167         */
 168
 169         if (_audio_codec_context->channel_layout == 0) {
 170                 _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (audio_channels ());
 171         }
 172 }
 173
 174 void
 175 FFmpegDecoder::setup_subtitle ()
 176 {
 177         if (_subtitle_stream < 0) {
 178                 return;
 179         }
 180
 181         _subtitle_codec_context = _format_context->streams[_subtitle_stream]->codec;
 182         _subtitle_codec = avcodec_find_decoder (_subtitle_codec_context->codec_id);
 183
 184         if (_subtitle_codec == 0) {
 185                 throw DecodeError ("could not find subtitle decoder");
 186         }
 187
 188         if (avcodec_open2 (_subtitle_codec_context, _subtitle_codec, 0) < 0) {
 189                 throw DecodeError ("could not open subtitle decoder");
 190         }
 191 }
 192
 193
 194 bool
 195 FFmpegDecoder::do_pass ()
 196 {
 197         int r = av_read_frame (_format_context, &_packet);
 198         if (r < 0) {
 199                 if (r != AVERROR_EOF) {
 200                         throw DecodeError ("error on av_read_frame");
 201                 }
 202
 203                 /* Get any remaining frames */
 204
 205                 _packet.data = 0;
 206                 _packet.size = 0;
 207
 208                 int frame_finished;
 209
 210                 if (_opt->decode_video) {
 211                         while (avcodec_decode_video2 (_video_codec_context, _frame, &frame_finished, &_packet) >= 0 && frame_finished) {
 212                                 process_video (_frame);
 213                         }
 214                 }
 215
 216                 if (_audio_stream >= 0 && _opt->decode_audio) {
 217                         while (avcodec_decode_audio4 (_audio_codec_context, _frame, &frame_finished, &_packet) >= 0 && frame_finished) {
 218                                 int const data_size = av_samples_get_buffer_size (
 219                                         0, _audio_codec_context->channels, _frame->nb_samples, audio_sample_format (), 1
 220                                         );
 221
 222                                 assert (_audio_codec_context->channels == _fs->audio_channels);
 223                                 process_audio (_frame->data[0], data_size);
 224                         }
 225                 }
 226
 227                 return true;
 228         }
 229
 230         if (_packet.stream_index == _video_stream && _opt->decode_video) {
 231
 232                 int frame_finished;
 233                 if (avcodec_decode_video2 (_video_codec_context, _frame, &frame_finished, &_packet) >= 0 && frame_finished) {
 234                         maybe_add_subtitle ();
 235                         process_video (_frame);
 236                 }
 237
 238         } else if (_audio_stream >= 0 && _packet.stream_index == _audio_stream && _opt->decode_audio) {
 239
 240                 avcodec_get_frame_defaults (_frame);
 241
 242                 int frame_finished;
 243                 if (avcodec_decode_audio4 (_audio_codec_context, _frame, &frame_finished, &_packet) >= 0 && frame_finished) {
 244                         int const data_size = av_samples_get_buffer_size (
 245                                 0, _audio_codec_context->channels, _frame->nb_samples, audio_sample_format (), 1
 246                                 );
 247
 248                         assert (_audio_codec_context->channels == _fs->audio_channels);
 249                         process_audio (_frame->data[0], data_size);
 250                 }
 251
 252         } else if (_subtitle_stream >= 0 && _packet.stream_index == _subtitle_stream) {
 253
 254                 if (_have_subtitle) {
 255                         avsubtitle_free (&_subtitle);
 256                         _have_subtitle = false;
 257                 }
 258
 259                 int got_subtitle;
 260                 if (avcodec_decode_subtitle2 (_subtitle_codec_context, &_subtitle, &got_subtitle, &_packet) && got_subtitle) {
 261                         _have_subtitle = true;
 262                 }
 263         }
 264
 265         av_free_packet (&_packet);
 266         return false;
 267 }
 268
 269 int
 270 FFmpegDecoder::length_in_frames () const
 271 {
 272         return (_format_context->duration / AV_TIME_BASE) * frames_per_second ();
 273 }
 274
 275 float
 276 FFmpegDecoder::frames_per_second () const
 277 {
 278         return av_q2d (_format_context->streams[_video_stream]->avg_frame_rate);
 279 }
 280
 281 int
 282 FFmpegDecoder::audio_channels () const
 283 {
 284         if (_audio_codec_context == 0) {
 285                 return 0;
 286         }
 287
 288         return _audio_codec_context->channels;
 289 }
 290
 291 int
 292 FFmpegDecoder::audio_sample_rate () const
 293 {
 294         if (_audio_codec_context == 0) {
 295                 return 0;
 296         }
 297
 298         return _audio_codec_context->sample_rate;
 299 }
 300
 301 AVSampleFormat
 302 FFmpegDecoder::audio_sample_format () const
 303 {
 304         if (_audio_codec_context == 0) {
 305                 return (AVSampleFormat) 0;
 306         }
 307
 308         return _audio_codec_context->sample_fmt;
 309 }
 310
 311 int64_t
 312 FFmpegDecoder::audio_channel_layout () const
 313 {
 314         if (_audio_codec_context == 0) {
 315                 return 0;
 316         }
 317
 318         return _audio_codec_context->channel_layout;
 319 }
 320
 321 Size
 322 FFmpegDecoder::native_size () const
 323 {
 324         return Size (_video_codec_context->width, _video_codec_context->height);
 325 }
 326
 327 PixelFormat
 328 FFmpegDecoder::pixel_format () const
 329 {
 330         return _video_codec_context->pix_fmt;
 331 }
 332
 333 int
 334 FFmpegDecoder::time_base_numerator () const
 335 {
 336         return _video_codec_context->time_base.num;
 337 }
 338
 339 int
 340 FFmpegDecoder::time_base_denominator () const
 341 {
 342         return _video_codec_context->time_base.den;
 343 }
 344
 345 int
 346 FFmpegDecoder::sample_aspect_ratio_numerator () const
 347 {
 348         return _video_codec_context->sample_aspect_ratio.num;
 349 }
 350
 351 int
 352 FFmpegDecoder::sample_aspect_ratio_denominator () const
 353 {
 354         return _video_codec_context->sample_aspect_ratio.den;
 355 }
 356
 357 void
 358 FFmpegDecoder::maybe_add_subtitle ()
 359 {
 360         if (!_have_subtitle) {
 361                 return;
 362         }
 363
 364         /* subtitle PTS in seconds */
 365         float const packet_time = (_subtitle.pts / AV_TIME_BASE) + float (_subtitle.pts % AV_TIME_BASE) / 1e6;
 366         /* hence start time for this sub */
 367         float const from = packet_time + (float (_subtitle.start_display_time) / 1e3);
 368         float const to = packet_time + (float (_subtitle.end_display_time) / 1e3);
 369
 370         float const video_frame_time = float (last_video_frame ()) / rint (_fs->frames_per_second);
 371
 372         if (from < video_frame_time || video_frame_time > to) {
 373                 return;
 374         }
 375
 376         for (unsigned int i = 0; i < _subtitle.num_rects; ++i) {
 377                 AVSubtitleRect* rect = _subtitle.rects[i];
 378                 if (rect->type != SUBTITLE_BITMAP) {
 379                         throw DecodeError ("non-bitmap subtitles not yet supported");
 380                 }
 381
 382                 /* XXX: all this assumes YUV420 in _frame */
 383
 384                 assert (rect->pict.data[0]);
 385
 386                 /* Start of the first line in the target frame */
 387                 uint8_t* frame_y_p = _frame->data[0] + rect->y * _frame->linesize[0];
 388                 uint8_t* frame_u_p = _frame->data[1] + (rect->y / 2) * _frame->linesize[1];
 389                 uint8_t* frame_v_p = _frame->data[2] + (rect->y / 2) * _frame->linesize[2];
 390
 391                 /* Start of the first line in the subtitle */
 392                 uint8_t* sub_p = rect->pict.data[0];
 393                 /* sub_p looks up into a RGB palette which is here */
 394                 uint32_t const * palette = (uint32_t *) rect->pict.data[1];
 395
 396                 for (int sub_y = 0; sub_y < rect->h; ++sub_y) {
 397                         /* Pointers to the start of this line */
 398                         uint8_t* sub_line_p = sub_p;
 399                         uint8_t* frame_line_y_p = frame_y_p + rect->x;
 400                         uint8_t* frame_line_u_p = frame_u_p + (rect->x / 2);
 401                         uint8_t* frame_line_v_p = frame_v_p + (rect->x / 2);
 402
 403                         /* U and V are subsampled */
 404                         uint8_t current_u = 0;
 405                         uint8_t current_v = 0;
 406                         int subsample_step = 0;
 407
 408                         for (int sub_x = 0; sub_x < rect->w; ++sub_x) {
 409
 410                                 /* RGB value for this subtitle pixel */
 411                                 uint32_t const val = palette[*sub_line_p++];
 412
 413                                 int const     red =  (val &       0xff);
 414                                 int const   green =  (val &     0xff00) >> 8;
 415                                 int const    blue =  (val &   0xff0000) >> 16;
 416                                 float const alpha = ((val & 0xff000000) >> 24) / 255.0;
 417
 418                                 /* Alpha-blend Y */
 419                                 int const cy = *frame_line_y_p;
 420                                 *frame_line_y_p++ = int (cy * (1 - alpha)) + int (RGB_TO_Y_CCIR (red, green, blue) * alpha);
 421
 422                                 /* Store up U and V */
 423                                 current_u |= ((RGB_TO_U_CCIR (red, green, blue, 0) & 0xf0) >> 4) << (4 * subsample_step);
 424                                 current_v |= ((RGB_TO_V_CCIR (red, green, blue, 0) & 0xf0) >> 4) << (4 * subsample_step);
 425
 426                                 if (subsample_step == 1 && (sub_y % 2) == 0) {
 427                                         /* We have complete U and V bytes, so alpha-blend them into the frame */
 428                                         int const cu = *frame_line_u_p;
 429                                         int const cv = *frame_line_v_p;
 430                                         *frame_line_u_p++ = int (cu * (1 - alpha)) + int (current_u * alpha);
 431                                         *frame_line_v_p++ = int (cv * (1 - alpha)) + int (current_v * alpha);
 432                                         current_u = current_v = 0;
 433                                 }
 434
 435                                 subsample_step = (subsample_step + 1) % 2;
 436                         }
 437
 438                         sub_p += rect->pict.linesize[0];
 439                         frame_y_p += _frame->linesize[0];
 440                         if ((sub_y % 2) == 0) {
 441                                 frame_u_p += _frame->linesize[1];
 442                                 frame_v_p += _frame->linesize[2];
 443                         }
 444                 }
 445         }
 446 }
 447
 448