src/lib/ffmpeg_file_encoder.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2017-2018 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 std::pair;
  38 using boost::shared_ptr;
  39 using boost::bind;
  40 using boost::weak_ptr;
  41
  42 int FFmpegFileEncoder::_video_stream_index = 0;
  43 int FFmpegFileEncoder::_audio_stream_index = 1;
  44
  45 FFmpegFileEncoder::FFmpegFileEncoder (
  46         dcp::Size video_frame_size,
  47         int video_frame_rate,
  48         int audio_frame_rate,
  49         int channels,
  50         ExportFormat format,
  51         int x264_crf,
  52         boost::filesystem::path output
  53         )
  54         : _video_options (0)
  55         , _audio_channels (channels)
  56         , _output (output)
  57         , _video_frame_size (video_frame_size)
  58         , _video_frame_rate (video_frame_rate)
  59         , _audio_frame_rate (audio_frame_rate)
  60 {
  61         _pixel_format = pixel_format (format);
  62
  63         switch (format) {
  64         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
  65                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  66                 _video_codec_name = "prores_ks";
  67                 _audio_codec_name = "pcm_s16le";
  68                 av_dict_set (&_video_options, "profile", "3", 0);
  69                 av_dict_set (&_video_options, "threads", "auto", 0);
  70                 break;
  71         case EXPORT_FORMAT_H264:
  72                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
  73                 _video_codec_name = "libx264";
  74                 _audio_codec_name = "aac";
  75                 av_dict_set_int (&_video_options, "crf", x264_crf, 0);
  76                 break;
  77         }
  78
  79         setup_video ();
  80         setup_audio ();
  81
  82         int r = avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, 0, 0, _output.string().c_str());
  83         if (!_format_context) {
  84                 throw runtime_error (String::compose("could not allocate FFmpeg format context (%1)", r));
  85         }
  86
  87         _video_stream = avformat_new_stream (_format_context, _video_codec);
  88         if (!_video_stream) {
  89                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output video stream");
  90         }
  91
  92         _audio_stream = avformat_new_stream (_format_context, _audio_codec);
  93         if (!_audio_stream) {
  94                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output audio stream");
  95         }
  96
  97         _video_stream->id = _video_stream_index;
  98         _video_stream->codec = _video_codec_context;
  99
 100         _audio_stream->id = _audio_stream_index;
 101         _audio_stream->codec = _audio_codec_context;
 102
 103         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, &_video_options) < 0) {
 104                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg video codec");
 105         }
 106
 107         r = avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0);
 108         if (r < 0) {
 109                 char buffer[256];
 110                 av_strerror (r, buffer, sizeof(buffer));
 111                 throw runtime_error (String::compose ("could not open FFmpeg audio codec (%1)", buffer));
 112         }
 113
 114         if (avio_open_boost (&_format_context->pb, _output, AVIO_FLAG_WRITE) < 0) {
 115                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg output file");
 116         }
 117
 118         if (avformat_write_header (_format_context, 0) < 0) {
 119                 throw runtime_error ("could not write header to FFmpeg output file");
 120         }
 121
 122         _pending_audio.reset (new AudioBuffers(channels, 0));
 123 }
 124
 125 AVPixelFormat
 126 FFmpegFileEncoder::pixel_format (ExportFormat format)
 127 {
 128         switch (format) {
 129         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
 130                 return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 131         case EXPORT_FORMAT_H264:
 132                 return AV_PIX_FMT_YUV420P;
 133         default:
 134                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 135         }
 136
 137         return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 138 }
 139
 140 void
 141 FFmpegFileEncoder::setup_video ()
 142 {
 143         _video_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_video_codec_name.c_str());
 144         if (!_video_codec) {
 145                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _video_codec_name));
 146         }
 147
 148         _video_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_video_codec);
 149         if (!_video_codec_context) {
 150                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg video context");
 151         }
 152
 153         avcodec_get_context_defaults3 (_video_codec_context, _video_codec);
 154
 155         /* Variable quantisation */
 156         _video_codec_context->global_quality = 0;
 157         _video_codec_context->width = _video_frame_size.width;
 158         _video_codec_context->height = _video_frame_size.height;
 159         _video_codec_context->time_base = (AVRational) { 1, _video_frame_rate };
 160         _video_codec_context->pix_fmt = _pixel_format;
 161         _video_codec_context->flags |= AV_CODEC_FLAG_QSCALE | AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
 162 }
 163
 164 void
 165 FFmpegFileEncoder::setup_audio ()
 166 {
 167         _audio_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_audio_codec_name.c_str());
 168         if (!_audio_codec) {
 169                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _audio_codec_name));
 170         }
 171
 172         _audio_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_audio_codec);
 173         if (!_audio_codec_context) {
 174                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg audio context");
 175         }
 176
 177         avcodec_get_context_defaults3 (_audio_codec_context, _audio_codec);
 178
 179         /* XXX: configurable */
 180         _audio_codec_context->bit_rate = 256 * 1024;
 181         _audio_codec_context->sample_fmt = _sample_format;
 182         _audio_codec_context->sample_rate = _audio_frame_rate;
 183         _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (_audio_channels);
 184         _audio_codec_context->channels = _audio_channels;
 185 }
 186
 187 void
 188 FFmpegFileEncoder::flush ()
 189 {
 190         if (_pending_audio->frames() > 0) {
 191                 audio_frame (_pending_audio->frames ());
 192         }
 193
 194         bool flushed_video = false;
 195         bool flushed_audio = false;
 196
 197         while (!flushed_video || !flushed_audio) {
 198                 AVPacket packet;
 199                 av_init_packet (&packet);
 200                 packet.data = 0;
 201                 packet.size = 0;
 202
 203                 int got_packet;
 204                 avcodec_encode_video2 (_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_video = true;
 210                 }
 211                 av_packet_unref (&packet);
 212
 213                 av_init_packet (&packet);
 214                 packet.data = 0;
 215                 packet.size = 0;
 216
 217                 avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 218                 if (got_packet) {
 219                         packet.stream_index = 0;
 220                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 221                 } else {
 222                         flushed_audio = true;
 223                 }
 224                 av_packet_unref (&packet);
 225         }
 226
 227         av_write_trailer (_format_context);
 228
 229         avcodec_close (_video_codec_context);
 230         avcodec_close (_audio_codec_context);
 231         avio_close (_format_context->pb);
 232         avformat_free_context (_format_context);
 233 }
 234
 235 void
 236 FFmpegFileEncoder::video (shared_ptr<PlayerVideo> video, DCPTime time)
 237 {
 238         shared_ptr<Image> image = video->image (
 239                 bind (&PlayerVideo::force, _1, _pixel_format),
 240                 true,
 241                 false
 242                 );
 243
 244         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 245         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 246
 247         {
 248                 boost::mutex::scoped_lock lm (_pending_images_mutex);
 249                 _pending_images[image->data()[0]] = image;
 250         }
 251
 252         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 253                 AVBufferRef* buffer = av_buffer_create(image->data()[i], image->stride()[i] * image->size().height, &buffer_free, this, 0);
 254                 frame->buf[i] = av_buffer_ref (buffer);
 255                 frame->data[i] = buffer->data;
 256                 frame->linesize[i] = image->stride()[i];
 257                 av_buffer_unref (&buffer);
 258         }
 259
 260         frame->width = image->size().width;
 261         frame->height = image->size().height;
 262         frame->format = _pixel_format;
 263         DCPOMATIC_ASSERT (_video_stream->time_base.num == 1);
 264         frame->pts = time.get() * _video_stream->time_base.den / DCPTime::HZ;
 265
 266         AVPacket packet;
 267         av_init_packet (&packet);
 268         packet.data = 0;
 269         packet.size = 0;
 270
 271         int got_packet;
 272         if (avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 273                 throw EncodeError ("FFmpeg video encode failed");
 274         }
 275
 276         if (got_packet && packet.size) {
 277                 packet.stream_index = _video_stream_index;
 278                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 279                 av_packet_unref (&packet);
 280         }
 281
 282         av_frame_free (&frame);
 283
 284 }
 285
 286 /** Called when the player gives us some audio */
 287 void
 288 FFmpegFileEncoder::audio (shared_ptr<AudioBuffers> audio)
 289 {
 290         _pending_audio->append (audio);
 291
 292         int frame_size = _audio_codec_context->frame_size;
 293         if (frame_size == 0) {
 294                 /* codec has AV_CODEC_CAP_VARIABLE_FRAME_SIZE */
 295                 frame_size = _audio_frame_rate / _video_frame_rate;
 296         }
 297
 298         while (_pending_audio->frames() >= frame_size) {
 299                 audio_frame (frame_size);
 300         }
 301 }
 302
 303 void
 304 FFmpegFileEncoder::audio_frame (int size)
 305 {
 306         DCPOMATIC_ASSERT (size);
 307
 308         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 309         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 310
 311         int const channels = _pending_audio->channels();
 312         DCPOMATIC_ASSERT (channels);
 313
 314         int const buffer_size = av_samples_get_buffer_size (0, channels, size, _audio_codec_context->sample_fmt, 0);
 315         DCPOMATIC_ASSERT (buffer_size >= 0);
 316
 317         void* samples = av_malloc (buffer_size);
 318         DCPOMATIC_ASSERT (samples);
 319
 320         frame->nb_samples = size;
 321         int r = avcodec_fill_audio_frame (frame, channels, _audio_codec_context->sample_fmt, (const uint8_t *) samples, buffer_size, 0);
 322         DCPOMATIC_ASSERT (r >= 0);
 323
 324         float** p = _pending_audio->data ();
 325         switch (_audio_codec_context->sample_fmt) {
 326         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 327         {
 328                 int16_t* q = reinterpret_cast<int16_t*> (samples);
 329                 for (int i = 0; i < size; ++i) {
 330                         for (int j = 0; j < channels; ++j) {
 331                                 *q++ = p[j][i] * 32767;
 332                         }
 333                 }
 334                 break;
 335         }
 336         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 337         {
 338                 float* q = reinterpret_cast<float*> (samples);
 339                 for (int i = 0; i < channels; ++i) {
 340                         memcpy (q, p[i], sizeof(float) * size);
 341                         q += size;
 342                 }
 343                 break;
 344         }
 345         default:
 346                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 347         }
 348
 349         AVPacket packet;
 350         av_init_packet (&packet);
 351         packet.data = 0;
 352         packet.size = 0;
 353
 354         int got_packet;
 355         if (avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 356                 throw EncodeError ("FFmpeg audio encode failed");
 357         }
 358
 359         if (got_packet && packet.size) {
 360                 packet.stream_index = _audio_stream_index;
 361                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 362                 av_packet_unref (&packet);
 363         }
 364
 365         av_free (samples);
 366         av_frame_free (&frame);
 367
 368         _pending_audio->trim_start (size);
 369 }
 370
 371 void
 372 FFmpegFileEncoder::subtitle (PlayerText, DCPTimePeriod)
 373 {
 374
 375 }
 376
 377 void
 378 FFmpegFileEncoder::buffer_free (void* opaque, uint8_t* data)
 379 {
 380         reinterpret_cast<FFmpegFileEncoder*>(opaque)->buffer_free2(data);
 381 }
 382
 383 void
 384 FFmpegFileEncoder::buffer_free2 (uint8_t* data)
 385 {
 386         boost::mutex::scoped_lock lm (_pending_images_mutex);
 387         if (_pending_images.find(data) != _pending_images.end()) {
 388                 _pending_images.erase (data);
 389         }
 390 }