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 "compose.hpp"
  29 #include <iostream>
  30
  31 #include "i18n.h"
  32
  33 using std::string;
  34 using std::runtime_error;
  35 using std::cout;
  36 using boost::shared_ptr;
  37 using boost::bind;
  38 using boost::weak_ptr;
  39
  40 int FFmpegEncoder::_video_stream_index = 0;
  41 int FFmpegEncoder::_audio_stream_index = 1;
  42
  43 static AVPixelFormat
  44 force_pixel_format (AVPixelFormat, AVPixelFormat out)
  45 {
  46         return out;
  47 }
  48
  49 FFmpegEncoder::FFmpegEncoder (shared_ptr<const Film> film, weak_ptr<Job> job, boost::filesystem::path output, Format format)
  50         : Encoder (film, job)
  51         , _video_options (0)
  52         , _history (1000)
  53         , _output (output)
  54         , _pending_audio (new AudioBuffers (film->audio_channels(), 0))
  55 {
  56         switch (format) {
  57         case FORMAT_PRORES:
  58                 _pixel_format = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
  59                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  60                 _video_codec_name = "prores_ks";
  61                 _audio_codec_name = "pcm_s16le";
  62                 av_dict_set (&_video_options, "profile", "3", 0);
  63                 av_dict_set (&_video_options, "threads", "auto", 0);
  64                 break;
  65         case FORMAT_H264:
  66                 _pixel_format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
  67                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
  68                 _video_codec_name = "libx264";
  69                 _audio_codec_name = "aac";
  70                 break;
  71         }
  72
  73         _player->set_always_burn_subtitles (true);
  74         _player->set_play_referenced ();
  75 }
  76
  77 void
  78 FFmpegEncoder::setup_video ()
  79 {
  80         _video_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_video_codec_name.c_str());
  81         if (!_video_codec) {
  82                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _video_codec_name));
  83         }
  84
  85         _video_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_video_codec);
  86         if (!_video_codec_context) {
  87                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg video context");
  88         }
  89
  90         avcodec_get_context_defaults3 (_video_codec_context, _video_codec);
  91
  92         /* Variable quantisation */
  93         _video_codec_context->global_quality = 0;
  94         _video_codec_context->width = _film->frame_size().width;
  95         _video_codec_context->height = _film->frame_size().height;
  96         _video_codec_context->time_base = (AVRational) { 1, _film->video_frame_rate() };
  97         _video_codec_context->pix_fmt = _pixel_format;
  98         _video_codec_context->flags |= CODEC_FLAG_QSCALE | CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
  99 }
 100
 101 void
 102 FFmpegEncoder::setup_audio ()
 103 {
 104         _audio_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_audio_codec_name.c_str());
 105         if (!_audio_codec) {
 106                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _audio_codec_name));
 107         }
 108
 109         _audio_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_audio_codec);
 110         if (!_audio_codec_context) {
 111                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg audio context");
 112         }
 113
 114         avcodec_get_context_defaults3 (_audio_codec_context, _audio_codec);
 115
 116         /* XXX: configurable */
 117         _audio_codec_context->bit_rate = 256 * 1024;
 118         _audio_codec_context->sample_fmt = _sample_format;
 119         _audio_codec_context->sample_rate = _film->audio_frame_rate ();
 120         _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (_film->audio_channels ());
 121         _audio_codec_context->channels = _film->audio_channels ();
 122 }
 123
 124 void
 125 FFmpegEncoder::go ()
 126 {
 127         setup_video ();
 128         setup_audio ();
 129
 130         avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, 0, 0, _output.string().c_str());
 131         if (!_format_context) {
 132                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg format context");
 133         }
 134
 135         _video_stream = avformat_new_stream (_format_context, _video_codec);
 136         if (!_video_stream) {
 137                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output video stream");
 138         }
 139
 140         _audio_stream = avformat_new_stream (_format_context, _audio_codec);
 141         if (!_audio_stream) {
 142                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output audio stream");
 143         }
 144
 145         _video_stream->id = _video_stream_index;
 146         _video_stream->codec = _video_codec_context;
 147
 148         _audio_stream->id = _audio_stream_index;
 149         _audio_stream->codec = _audio_codec_context;
 150
 151         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, &_video_options) < 0) {
 152                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg video codec");
 153         }
 154
 155         int r = avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0);
 156         if (r < 0) {
 157                 char buffer[256];
 158                 av_strerror (r, buffer, sizeof(buffer));
 159                 throw runtime_error (String::compose ("could not open FFmpeg audio codec (%1)", buffer));
 160         }
 161
 162         if (avio_open (&_format_context->pb, _output.c_str(), AVIO_FLAG_WRITE) < 0) {
 163                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg output file");
 164         }
 165
 166         if (avformat_write_header (_format_context, 0) < 0) {
 167                 throw runtime_error ("could not write header to FFmpeg output file");
 168         }
 169
 170         {
 171                 shared_ptr<Job> job = _job.lock ();
 172                 DCPOMATIC_ASSERT (job);
 173                 job->sub (_("Encoding"));
 174         }
 175
 176         while (!_player->pass ()) {}
 177
 178         if (_pending_audio->frames() > 0) {
 179                 audio_frame (_pending_audio->frames ());
 180         }
 181
 182         /* Flush */
 183
 184         bool flushed_video = false;
 185         bool flushed_audio = false;
 186
 187         while (!flushed_video || !flushed_audio) {
 188                 AVPacket packet;
 189                 av_init_packet (&packet);
 190                 packet.data = 0;
 191                 packet.size = 0;
 192
 193                 int got_packet;
 194                 avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 195                 if (got_packet) {
 196                         packet.stream_index = 0;
 197                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 198                 } else {
 199                         flushed_video = true;
 200                 }
 201                 av_packet_unref (&packet);
 202
 203                 av_init_packet (&packet);
 204                 packet.data = 0;
 205                 packet.size = 0;
 206
 207                 avcodec_encode_audio2 (_video_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 208                 if (got_packet) {
 209                         packet.stream_index = 0;
 210                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 211                 } else {
 212                         flushed_audio = true;
 213                 }
 214                 av_packet_unref (&packet);
 215         }
 216
 217         av_write_trailer (_format_context);
 218
 219         avcodec_close (_video_codec_context);
 220         avcodec_close (_audio_codec_context);
 221         avio_close (_format_context->pb);
 222         avformat_free_context (_format_context);
 223 }
 224
 225 void
 226 FFmpegEncoder::video (shared_ptr<PlayerVideo> video, DCPTime time)
 227 {
 228         shared_ptr<Image> image = video->image (
 229                 bind (&Log::dcp_log, _film->log().get(), _1, _2),
 230                 bind (&force_pixel_format, _1, _pixel_format),
 231                 true,
 232                 false
 233                 );
 234
 235         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 236         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 237
 238         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 239                 size_t const size = image->stride()[i] * image->size().height;
 240                 AVBufferRef* buffer = av_buffer_alloc (size);
 241                 DCPOMATIC_ASSERT (buffer);
 242                 /* XXX: inefficient */
 243                 memcpy (buffer->data, image->data()[i], size);
 244                 frame->buf[i] = av_buffer_ref (buffer);
 245                 frame->data[i] = buffer->data;
 246                 frame->linesize[i] = image->stride()[i];
 247                 av_buffer_unref (&buffer);
 248         }
 249
 250         frame->width = image->size().width;
 251         frame->height = image->size().height;
 252         frame->format = _pixel_format;
 253         frame->pts = time.seconds() / av_q2d (_video_stream->time_base);
 254
 255         AVPacket packet;
 256         av_init_packet (&packet);
 257         packet.data = 0;
 258         packet.size = 0;
 259
 260         int got_packet;
 261         if (avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 262                 throw EncodeError ("FFmpeg video encode failed");
 263         }
 264
 265         if (got_packet && packet.size) {
 266                 packet.stream_index = _video_stream_index;
 267                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 268                 av_packet_unref (&packet);
 269         }
 270
 271         av_frame_free (&frame);
 272
 273         _history.event ();
 274
 275         {
 276                 boost::mutex::scoped_lock lm (_mutex);
 277                 _last_time = time;
 278         }
 279
 280         shared_ptr<Job> job = _job.lock ();
 281         if (job) {
 282                 job->set_progress (float(time.get()) / _film->length().get());
 283         }
 284 }
 285
 286 void
 287 FFmpegEncoder::audio (shared_ptr<AudioBuffers> audio, DCPTime)
 288 {
 289         _pending_audio->append (audio);
 290
 291         while (_pending_audio->frames() >= _audio_codec_context->frame_size) {
 292                 audio_frame (_audio_codec_context->frame_size);
 293         }
 294 }
 295
 296 void
 297 FFmpegEncoder::audio_frame (int size)
 298 {
 299         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 300         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 301
 302         int const channels = _audio_codec_context->channels;
 303
 304         int const buffer_size = av_samples_get_buffer_size (0, channels, size, _audio_codec_context->sample_fmt, 0);
 305         DCPOMATIC_ASSERT (buffer_size >= 0);
 306
 307         void* samples = av_malloc (buffer_size);
 308         DCPOMATIC_ASSERT (samples);
 309
 310         frame->nb_samples = size;
 311         int r = avcodec_fill_audio_frame (frame, channels, _audio_codec_context->sample_fmt, (const uint8_t *) samples, buffer_size, 0);
 312         DCPOMATIC_ASSERT (r >= 0);
 313
 314         float** p = _pending_audio->data ();
 315         switch (_audio_codec_context->sample_fmt) {
 316         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 317         {
 318                 int16_t* q = reinterpret_cast<int16_t*> (samples);
 319                 for (int i = 0; i < size; ++i) {
 320                         for (int j = 0; j < channels; ++i) {
 321                                 *q++ = p[j][i] * 32767;
 322                         }
 323                 }
 324                 break;
 325         }
 326         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 327         {
 328                 float* q = reinterpret_cast<float*> (samples);
 329                 for (int i = 0; i < channels; ++i) {
 330                         memcpy (q, p[i], sizeof(float) * size);
 331                         q += size;
 332                 }
 333                 break;
 334         }
 335         default:
 336                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 337         }
 338
 339         AVPacket packet;
 340         av_init_packet (&packet);
 341         packet.data = 0;
 342         packet.size = 0;
 343
 344         int got_packet;
 345         if (avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 346                 throw EncodeError ("FFmpeg audio encode failed");
 347         }
 348
 349         if (got_packet && packet.size) {
 350                 packet.stream_index = _audio_stream_index;
 351                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 352                 av_packet_unref (&packet);
 353         }
 354
 355         av_free (samples);
 356         av_frame_free (&frame);
 357
 358         _pending_audio->trim_start (size);
 359 }
 360
 361 void
 362 FFmpegEncoder::subtitle (PlayerSubtitles, DCPTimePeriod)
 363 {
 364
 365 }
 366
 367 float
 368 FFmpegEncoder::current_rate () const
 369 {
 370         return _history.rate ();
 371 }
 372
 373 Frame
 374 FFmpegEncoder::frames_done () const
 375 {
 376         boost::mutex::scoped_lock lm (_mutex);
 377         return _last_time.frames_round (_film->video_frame_rate ());
 378 }