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