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 #if BOOST_VERSION >= 106100
  42 using namespace boost::placeholders;
  43 #endif
  44
  45 int FFmpegFileEncoder::_video_stream_index = 0;
  46 int FFmpegFileEncoder::_audio_stream_index = 1;
  47
  48 FFmpegFileEncoder::FFmpegFileEncoder (
  49         dcp::Size video_frame_size,
  50         int video_frame_rate,
  51         int audio_frame_rate,
  52         int channels,
  53         ExportFormat format,
  54         int x264_crf,
  55         boost::filesystem::path output
  56         )
  57         : _video_options (0)
  58         , _audio_channels (channels)
  59         , _output (output)
  60         , _video_frame_size (video_frame_size)
  61         , _video_frame_rate (video_frame_rate)
  62         , _audio_frame_rate (audio_frame_rate)
  63 {
  64         _pixel_format = pixel_format (format);
  65
  66         switch (format) {
  67         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
  68                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  69                 _video_codec_name = "prores_ks";
  70                 _audio_codec_name = "pcm_s16le";
  71                 av_dict_set (&_video_options, "profile", "3", 0);
  72                 av_dict_set (&_video_options, "threads", "auto", 0);
  73                 break;
  74         case EXPORT_FORMAT_H264:
  75                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
  76                 _video_codec_name = "libx264";
  77                 _audio_codec_name = "aac";
  78                 av_dict_set_int (&_video_options, "crf", x264_crf, 0);
  79                 break;
  80         }
  81
  82         setup_video ();
  83         setup_audio ();
  84
  85         int r = avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, 0, 0, _output.string().c_str());
  86         if (!_format_context) {
  87                 throw runtime_error (String::compose("could not allocate FFmpeg format context (%1)", r));
  88         }
  89
  90         _video_stream = avformat_new_stream (_format_context, _video_codec);
  91         if (!_video_stream) {
  92                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output video stream");
  93         }
  94
  95         _audio_stream = avformat_new_stream (_format_context, _audio_codec);
  96         if (!_audio_stream) {
  97                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output audio stream");
  98         }
  99
 100         _video_stream->id = _video_stream_index;
 101         _video_stream->codec = _video_codec_context;
 102
 103         _audio_stream->id = _audio_stream_index;
 104         _audio_stream->codec = _audio_codec_context;
 105
 106         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, &_video_options) < 0) {
 107                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg video codec");
 108         }
 109
 110         r = avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0);
 111         if (r < 0) {
 112                 char buffer[256];
 113                 av_strerror (r, buffer, sizeof(buffer));
 114                 throw runtime_error (String::compose ("could not open FFmpeg audio codec (%1)", buffer));
 115         }
 116
 117         if (avio_open_boost (&_format_context->pb, _output, AVIO_FLAG_WRITE) < 0) {
 118                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg output file");
 119         }
 120
 121         if (avformat_write_header (_format_context, 0) < 0) {
 122                 throw runtime_error ("could not write header to FFmpeg output file");
 123         }
 124
 125         _pending_audio.reset (new AudioBuffers(channels, 0));
 126 }
 127
 128 AVPixelFormat
 129 FFmpegFileEncoder::pixel_format (ExportFormat format)
 130 {
 131         switch (format) {
 132         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
 133                 return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 134         case EXPORT_FORMAT_H264:
 135                 return AV_PIX_FMT_YUV420P;
 136         default:
 137                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 138         }
 139
 140         return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 141 }
 142
 143 void
 144 FFmpegFileEncoder::setup_video ()
 145 {
 146         _video_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_video_codec_name.c_str());
 147         if (!_video_codec) {
 148                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _video_codec_name));
 149         }
 150
 151         _video_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_video_codec);
 152         if (!_video_codec_context) {
 153                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg video context");
 154         }
 155
 156         avcodec_get_context_defaults3 (_video_codec_context, _video_codec);
 157
 158         /* Variable quantisation */
 159         _video_codec_context->global_quality = 0;
 160         _video_codec_context->width = _video_frame_size.width;
 161         _video_codec_context->height = _video_frame_size.height;
 162         _video_codec_context->time_base = (AVRational) { 1, _video_frame_rate };
 163         _video_codec_context->pix_fmt = _pixel_format;
 164         _video_codec_context->flags |= AV_CODEC_FLAG_QSCALE | AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
 165 }
 166
 167 void
 168 FFmpegFileEncoder::setup_audio ()
 169 {
 170         _audio_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_audio_codec_name.c_str());
 171         if (!_audio_codec) {
 172                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _audio_codec_name));
 173         }
 174
 175         _audio_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_audio_codec);
 176         if (!_audio_codec_context) {
 177                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg audio context");
 178         }
 179
 180         avcodec_get_context_defaults3 (_audio_codec_context, _audio_codec);
 181
 182         /* XXX: configurable */
 183         _audio_codec_context->bit_rate = 256 * 1024;
 184         _audio_codec_context->sample_fmt = _sample_format;
 185         _audio_codec_context->sample_rate = _audio_frame_rate;
 186         _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (_audio_channels);
 187         _audio_codec_context->channels = _audio_channels;
 188 }
 189
 190 void
 191 FFmpegFileEncoder::flush ()
 192 {
 193         if (_pending_audio->frames() > 0) {
 194                 audio_frame (_pending_audio->frames ());
 195         }
 196
 197         bool flushed_video = false;
 198         bool flushed_audio = false;
 199
 200         while (!flushed_video || !flushed_audio) {
 201                 AVPacket packet;
 202                 av_init_packet (&packet);
 203                 packet.data = 0;
 204                 packet.size = 0;
 205
 206                 int got_packet;
 207                 avcodec_encode_video2 (_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_video = true;
 213                 }
 214                 av_packet_unref (&packet);
 215
 216                 av_init_packet (&packet);
 217                 packet.data = 0;
 218                 packet.size = 0;
 219
 220                 avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 221                 if (got_packet) {
 222                         packet.stream_index = 0;
 223                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 224                 } else {
 225                         flushed_audio = true;
 226                 }
 227                 av_packet_unref (&packet);
 228         }
 229
 230         av_write_trailer (_format_context);
 231
 232         avcodec_close (_video_codec_context);
 233         avcodec_close (_audio_codec_context);
 234         avio_close (_format_context->pb);
 235         avformat_free_context (_format_context);
 236 }
 237
 238 void
 239 FFmpegFileEncoder::video (shared_ptr<PlayerVideo> video, DCPTime time)
 240 {
 241         shared_ptr<Image> image = video->image (
 242                 bind (&PlayerVideo::force, _1, _pixel_format),
 243                 true,
 244                 false
 245                 );
 246
 247         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 248         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 249
 250         {
 251                 boost::mutex::scoped_lock lm (_pending_images_mutex);
 252                 _pending_images[image->data()[0]] = image;
 253         }
 254
 255         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 256                 AVBufferRef* buffer = av_buffer_create(image->data()[i], image->stride()[i] * image->size().height, &buffer_free, this, 0);
 257                 frame->buf[i] = av_buffer_ref (buffer);
 258                 frame->data[i] = buffer->data;
 259                 frame->linesize[i] = image->stride()[i];
 260                 av_buffer_unref (&buffer);
 261         }
 262
 263         frame->width = image->size().width;
 264         frame->height = image->size().height;
 265         frame->format = _pixel_format;
 266         DCPOMATIC_ASSERT (_video_stream->time_base.num == 1);
 267         frame->pts = time.get() * _video_stream->time_base.den / DCPTime::HZ;
 268
 269         AVPacket packet;
 270         av_init_packet (&packet);
 271         packet.data = 0;
 272         packet.size = 0;
 273
 274         int got_packet;
 275         if (avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 276                 throw EncodeError ("FFmpeg video encode failed");
 277         }
 278
 279         if (got_packet && packet.size) {
 280                 packet.stream_index = _video_stream_index;
 281                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 282                 av_packet_unref (&packet);
 283         }
 284
 285         av_frame_free (&frame);
 286
 287 }
 288
 289 /** Called when the player gives us some audio */
 290 void
 291 FFmpegFileEncoder::audio (shared_ptr<AudioBuffers> audio)
 292 {
 293         _pending_audio->append (audio);
 294
 295         int frame_size = _audio_codec_context->frame_size;
 296         if (frame_size == 0) {
 297                 /* codec has AV_CODEC_CAP_VARIABLE_FRAME_SIZE */
 298                 frame_size = _audio_frame_rate / _video_frame_rate;
 299         }
 300
 301         while (_pending_audio->frames() >= frame_size) {
 302                 audio_frame (frame_size);
 303         }
 304 }
 305
 306 void
 307 FFmpegFileEncoder::audio_frame (int size)
 308 {
 309         DCPOMATIC_ASSERT (size);
 310
 311         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 312         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 313
 314         int const channels = _pending_audio->channels();
 315         DCPOMATIC_ASSERT (channels);
 316
 317         int const buffer_size = av_samples_get_buffer_size (0, channels, size, _audio_codec_context->sample_fmt, 0);
 318         DCPOMATIC_ASSERT (buffer_size >= 0);
 319
 320         void* samples = av_malloc (buffer_size);
 321         DCPOMATIC_ASSERT (samples);
 322
 323         frame->nb_samples = size;
 324         int r = avcodec_fill_audio_frame (frame, channels, _audio_codec_context->sample_fmt, (const uint8_t *) samples, buffer_size, 0);
 325         DCPOMATIC_ASSERT (r >= 0);
 326
 327         float** p = _pending_audio->data ();
 328         switch (_audio_codec_context->sample_fmt) {
 329         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 330         {
 331                 int16_t* q = reinterpret_cast<int16_t*> (samples);
 332                 for (int i = 0; i < size; ++i) {
 333                         for (int j = 0; j < channels; ++j) {
 334                                 *q++ = p[j][i] * 32767;
 335                         }
 336                 }
 337                 break;
 338         }
 339         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 340         {
 341                 float* q = reinterpret_cast<float*> (samples);
 342                 for (int i = 0; i < channels; ++i) {
 343                         memcpy (q, p[i], sizeof(float) * size);
 344                         q += size;
 345                 }
 346                 break;
 347         }
 348         default:
 349                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 350         }
 351
 352         AVPacket packet;
 353         av_init_packet (&packet);
 354         packet.data = 0;
 355         packet.size = 0;
 356
 357         int got_packet;
 358         if (avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 359                 throw EncodeError ("FFmpeg audio encode failed");
 360         }
 361
 362         if (got_packet && packet.size) {
 363                 packet.stream_index = _audio_stream_index;
 364                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 365                 av_packet_unref (&packet);
 366         }
 367
 368         av_free (samples);
 369         av_frame_free (&frame);
 370
 371         _pending_audio->trim_start (size);
 372 }
 373
 374 void
 375 FFmpegFileEncoder::subtitle (PlayerText, DCPTimePeriod)
 376 {
 377
 378 }
 379
 380 void
 381 FFmpegFileEncoder::buffer_free (void* opaque, uint8_t* data)
 382 {
 383         reinterpret_cast<FFmpegFileEncoder*>(opaque)->buffer_free2(data);
 384 }
 385
 386 void
 387 FFmpegFileEncoder::buffer_free2 (uint8_t* data)
 388 {
 389         boost::mutex::scoped_lock lm (_pending_images_mutex);
 390         if (_pending_images.find(data) != _pending_images.end()) {
 391                 _pending_images.erase (data);
 392         }
 393 }