src/lib/ffmpeg_encoder.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2017 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 boost::shared_ptr;
  38 using boost::bind;
  39 using boost::weak_ptr;
  40
  41 int FFmpegEncoder::_video_stream_index = 0;
  42 int FFmpegEncoder::_audio_stream_index = 1;
  43
  44 static AVPixelFormat
  45 force_pixel_format (AVPixelFormat, AVPixelFormat out)
  46 {
  47         return out;
  48 }
  49
  50 FFmpegEncoder::FFmpegEncoder (shared_ptr<const Film> film, weak_ptr<Job> job, boost::filesystem::path output, Format format)
  51         : Encoder (film, job)
  52         , _video_options (0)
  53         , _history (1000)
  54         , _output (output)
  55         , _pending_audio (new AudioBuffers (film->audio_channels(), 0))
  56 {
  57         switch (format) {
  58         case FORMAT_PRORES:
  59                 _pixel_format = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
  60                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  61                 _video_codec_name = "prores_ks";
  62                 _audio_codec_name = "pcm_s16le";
  63                 av_dict_set (&_video_options, "profile", "3", 0);
  64                 av_dict_set (&_video_options, "threads", "auto", 0);
  65                 break;
  66         case FORMAT_H264:
  67                 _pixel_format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
  68                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
  69                 _video_codec_name = "libx264";
  70                 _audio_codec_name = "aac";
  71                 break;
  72         }
  73
  74         _player->set_always_burn_subtitles (true);
  75         _player->set_play_referenced ();
  76 }
  77
  78 void
  79 FFmpegEncoder::setup_video ()
  80 {
  81         _video_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_video_codec_name.c_str());
  82         if (!_video_codec) {
  83                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _video_codec_name));
  84         }
  85
  86         _video_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_video_codec);
  87         if (!_video_codec_context) {
  88                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg video context");
  89         }
  90
  91         avcodec_get_context_defaults3 (_video_codec_context, _video_codec);
  92
  93         /* Variable quantisation */
  94         _video_codec_context->global_quality = 0;
  95         _video_codec_context->width = _film->frame_size().width;
  96         _video_codec_context->height = _film->frame_size().height;
  97         _video_codec_context->time_base = (AVRational) { 1, _film->video_frame_rate() };
  98         _video_codec_context->pix_fmt = _pixel_format;
  99         _video_codec_context->flags |= CODEC_FLAG_QSCALE | CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
 100 }
 101
 102 void
 103 FFmpegEncoder::setup_audio ()
 104 {
 105         _audio_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_audio_codec_name.c_str());
 106         if (!_audio_codec) {
 107                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _audio_codec_name));
 108         }
 109
 110         _audio_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_audio_codec);
 111         if (!_audio_codec_context) {
 112                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg audio context");
 113         }
 114
 115         avcodec_get_context_defaults3 (_audio_codec_context, _audio_codec);
 116
 117         /* XXX: configurable */
 118         _audio_codec_context->bit_rate = 256 * 1024;
 119         _audio_codec_context->sample_fmt = _sample_format;
 120         _audio_codec_context->sample_rate = _film->audio_frame_rate ();
 121         _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (_film->audio_channels ());
 122         _audio_codec_context->channels = _film->audio_channels ();
 123 }
 124
 125 void
 126 FFmpegEncoder::go ()
 127 {
 128         setup_video ();
 129         setup_audio ();
 130
 131         avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, 0, 0, _output.string().c_str());
 132         if (!_format_context) {
 133                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg format context");
 134         }
 135
 136         _video_stream = avformat_new_stream (_format_context, _video_codec);
 137         if (!_video_stream) {
 138                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output video stream");
 139         }
 140
 141         _audio_stream = avformat_new_stream (_format_context, _audio_codec);
 142         if (!_audio_stream) {
 143                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output audio stream");
 144         }
 145
 146         _video_stream->id = _video_stream_index;
 147         _video_stream->codec = _video_codec_context;
 148
 149         _audio_stream->id = _audio_stream_index;
 150         _audio_stream->codec = _audio_codec_context;
 151
 152         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, &_video_options) < 0) {
 153                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg video codec");
 154         }
 155
 156         int r = avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0);
 157         if (r < 0) {
 158                 char buffer[256];
 159                 av_strerror (r, buffer, sizeof(buffer));
 160                 throw runtime_error (String::compose ("could not open FFmpeg audio codec (%1)", buffer));
 161         }
 162
 163         if (avio_open_boost (&_format_context->pb, _output, AVIO_FLAG_WRITE) < 0) {
 164                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg output file");
 165         }
 166
 167         if (avformat_write_header (_format_context, 0) < 0) {
 168                 throw runtime_error ("could not write header to FFmpeg output file");
 169         }
 170
 171         {
 172                 shared_ptr<Job> job = _job.lock ();
 173                 DCPOMATIC_ASSERT (job);
 174                 job->sub (_("Encoding"));
 175         }
 176
 177         while (!_player->pass ()) {}
 178
 179         if (_pending_audio->frames() > 0) {
 180                 audio_frame (_pending_audio->frames ());
 181         }
 182
 183         /* Flush */
 184
 185         bool flushed_video = false;
 186         bool flushed_audio = false;
 187
 188         while (!flushed_video || !flushed_audio) {
 189                 AVPacket packet;
 190                 av_init_packet (&packet);
 191                 packet.data = 0;
 192                 packet.size = 0;
 193
 194                 int got_packet;
 195                 avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 196                 if (got_packet) {
 197                         packet.stream_index = 0;
 198                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 199                 } else {
 200                         flushed_video = true;
 201                 }
 202                 av_packet_unref (&packet);
 203
 204                 av_init_packet (&packet);
 205                 packet.data = 0;
 206                 packet.size = 0;
 207
 208                 avcodec_encode_audio2 (_video_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 209                 if (got_packet) {
 210                         packet.stream_index = 0;
 211                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 212                 } else {
 213                         flushed_audio = true;
 214                 }
 215                 av_packet_unref (&packet);
 216         }
 217
 218         av_write_trailer (_format_context);
 219
 220         avcodec_close (_video_codec_context);
 221         avcodec_close (_audio_codec_context);
 222         avio_close (_format_context->pb);
 223         avformat_free_context (_format_context);
 224 }
 225
 226 void
 227 FFmpegEncoder::video (shared_ptr<PlayerVideo> video, DCPTime time)
 228 {
 229         shared_ptr<Image> image = video->image (
 230                 bind (&Log::dcp_log, _film->log().get(), _1, _2),
 231                 bind (&force_pixel_format, _1, _pixel_format),
 232                 true,
 233                 false
 234                 );
 235
 236         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 237         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 238
 239         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 240                 size_t const size = image->stride()[i] * image->size().height;
 241                 AVBufferRef* buffer = av_buffer_alloc (size);
 242                 DCPOMATIC_ASSERT (buffer);
 243                 /* XXX: inefficient */
 244                 memcpy (buffer->data, image->data()[i], size);
 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         _history.event ();
 275
 276         {
 277                 boost::mutex::scoped_lock lm (_mutex);
 278                 _last_time = time;
 279         }
 280
 281         shared_ptr<Job> job = _job.lock ();
 282         if (job) {
 283                 job->set_progress (float(time.get()) / _film->length().get());
 284         }
 285 }
 286
 287 void
 288 FFmpegEncoder::audio (shared_ptr<AudioBuffers> audio, DCPTime)
 289 {
 290         _pending_audio->append (audio);
 291
 292         while (_pending_audio->frames() >= _audio_codec_context->frame_size) {
 293                 audio_frame (_audio_codec_context->frame_size);
 294         }
 295 }
 296
 297 void
 298 FFmpegEncoder::audio_frame (int size)
 299 {
 300         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 301         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 302
 303         int const channels = _audio_codec_context->channels;
 304
 305         int const buffer_size = av_samples_get_buffer_size (0, channels, size, _audio_codec_context->sample_fmt, 0);
 306         DCPOMATIC_ASSERT (buffer_size >= 0);
 307
 308         void* samples = av_malloc (buffer_size);
 309         DCPOMATIC_ASSERT (samples);
 310
 311         frame->nb_samples = size;
 312         int r = avcodec_fill_audio_frame (frame, channels, _audio_codec_context->sample_fmt, (const uint8_t *) samples, buffer_size, 0);
 313         DCPOMATIC_ASSERT (r >= 0);
 314
 315         float** p = _pending_audio->data ();
 316         switch (_audio_codec_context->sample_fmt) {
 317         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 318         {
 319                 int16_t* q = reinterpret_cast<int16_t*> (samples);
 320                 for (int i = 0; i < size; ++i) {
 321                         for (int j = 0; j < channels; ++i) {
 322                                 *q++ = p[j][i] * 32767;
 323                         }
 324                 }
 325                 break;
 326         }
 327         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 328         {
 329                 float* q = reinterpret_cast<float*> (samples);
 330                 for (int i = 0; i < channels; ++i) {
 331                         memcpy (q, p[i], sizeof(float) * size);
 332                         q += size;
 333                 }
 334                 break;
 335         }
 336         default:
 337                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 338         }
 339
 340         AVPacket packet;
 341         av_init_packet (&packet);
 342         packet.data = 0;
 343         packet.size = 0;
 344
 345         int got_packet;
 346         if (avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 347                 throw EncodeError ("FFmpeg audio encode failed");
 348         }
 349
 350         if (got_packet && packet.size) {
 351                 packet.stream_index = _audio_stream_index;
 352                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 353                 av_packet_unref (&packet);
 354         }
 355
 356         av_free (samples);
 357         av_frame_free (&frame);
 358
 359         _pending_audio->trim_start (size);
 360 }
 361
 362 void
 363 FFmpegEncoder::subtitle (PlayerSubtitles, DCPTimePeriod)
 364 {
 365
 366 }
 367
 368 float
 369 FFmpegEncoder::current_rate () const
 370 {
 371         return _history.rate ();
 372 }
 373
 374 Frame
 375 FFmpegEncoder::frames_done () const
 376 {
 377         boost::mutex::scoped_lock lm (_mutex);
 378         return _last_time.frames_round (_film->video_frame_rate ());
 379 }