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 using namespace dcpomatic;
  42
  43 int FFmpegFileEncoder::_video_stream_index = 0;
  44 int FFmpegFileEncoder::_audio_stream_index = 1;
  45
  46 FFmpegFileEncoder::FFmpegFileEncoder (
  47         dcp::Size video_frame_size,
  48         int video_frame_rate,
  49         int audio_frame_rate,
  50         int channels,
  51         ExportFormat format,
  52         int x264_crf,
  53         boost::filesystem::path output
  54         )
  55         : _video_options (0)
  56         , _audio_channels (channels)
  57         , _output (output)
  58         , _video_frame_size (video_frame_size)
  59         , _video_frame_rate (video_frame_rate)
  60         , _audio_frame_rate (audio_frame_rate)
  61 {
  62         _pixel_format = pixel_format (format);
  63
  64         switch (format) {
  65         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
  66                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  67                 _video_codec_name = "prores_ks";
  68                 _audio_codec_name = "pcm_s16le";
  69                 av_dict_set (&_video_options, "profile", "3", 0);
  70                 av_dict_set (&_video_options, "threads", "auto", 0);
  71                 break;
  72         case EXPORT_FORMAT_H264:
  73                 _sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
  74                 _video_codec_name = "libx264";
  75                 _audio_codec_name = "aac";
  76                 av_dict_set_int (&_video_options, "crf", x264_crf, 0);
  77                 break;
  78         }
  79
  80         setup_video ();
  81         setup_audio ();
  82
  83         int r = avformat_alloc_output_context2 (&_format_context, 0, 0, _output.string().c_str());
  84         if (!_format_context) {
  85                 throw runtime_error (String::compose("could not allocate FFmpeg format context (%1)", r));
  86         }
  87
  88         _video_stream = avformat_new_stream (_format_context, _video_codec);
  89         if (!_video_stream) {
  90                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output video stream");
  91         }
  92
  93         _audio_stream = avformat_new_stream (_format_context, _audio_codec);
  94         if (!_audio_stream) {
  95                 throw runtime_error ("could not create FFmpeg output audio stream");
  96         }
  97
  98         _video_stream->id = _video_stream_index;
  99         _video_stream->codec = _video_codec_context;
 100
 101         _audio_stream->id = _audio_stream_index;
 102         _audio_stream->codec = _audio_codec_context;
 103
 104         if (avcodec_open2 (_video_codec_context, _video_codec, &_video_options) < 0) {
 105                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg video codec");
 106         }
 107
 108         r = avcodec_open2 (_audio_codec_context, _audio_codec, 0);
 109         if (r < 0) {
 110                 char buffer[256];
 111                 av_strerror (r, buffer, sizeof(buffer));
 112                 throw runtime_error (String::compose ("could not open FFmpeg audio codec (%1)", buffer));
 113         }
 114
 115         if (avio_open_boost (&_format_context->pb, _output, AVIO_FLAG_WRITE) < 0) {
 116                 throw runtime_error ("could not open FFmpeg output file");
 117         }
 118
 119         if (avformat_write_header (_format_context, 0) < 0) {
 120                 throw runtime_error ("could not write header to FFmpeg output file");
 121         }
 122
 123         _pending_audio.reset (new AudioBuffers(channels, 0));
 124 }
 125
 126 AVPixelFormat
 127 FFmpegFileEncoder::pixel_format (ExportFormat format)
 128 {
 129         switch (format) {
 130         case EXPORT_FORMAT_PRORES:
 131                 return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 132         case EXPORT_FORMAT_H264:
 133                 return AV_PIX_FMT_YUV420P;
 134         default:
 135                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 136         }
 137
 138         return AV_PIX_FMT_YUV422P10;
 139 }
 140
 141 void
 142 FFmpegFileEncoder::setup_video ()
 143 {
 144         _video_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_video_codec_name.c_str());
 145         if (!_video_codec) {
 146                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _video_codec_name));
 147         }
 148
 149         _video_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_video_codec);
 150         if (!_video_codec_context) {
 151                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg video context");
 152         }
 153
 154         avcodec_get_context_defaults3 (_video_codec_context, _video_codec);
 155
 156         /* Variable quantisation */
 157         _video_codec_context->global_quality = 0;
 158         _video_codec_context->width = _video_frame_size.width;
 159         _video_codec_context->height = _video_frame_size.height;
 160         _video_codec_context->time_base = (AVRational) { 1, _video_frame_rate };
 161         _video_codec_context->pix_fmt = _pixel_format;
 162         _video_codec_context->flags |= AV_CODEC_FLAG_QSCALE | AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
 163 }
 164
 165 void
 166 FFmpegFileEncoder::setup_audio ()
 167 {
 168         _audio_codec = avcodec_find_encoder_by_name (_audio_codec_name.c_str());
 169         if (!_audio_codec) {
 170                 throw runtime_error (String::compose ("could not find FFmpeg encoder %1", _audio_codec_name));
 171         }
 172
 173         _audio_codec_context = avcodec_alloc_context3 (_audio_codec);
 174         if (!_audio_codec_context) {
 175                 throw runtime_error ("could not allocate FFmpeg audio context");
 176         }
 177
 178         avcodec_get_context_defaults3 (_audio_codec_context, _audio_codec);
 179
 180         /* XXX: configurable */
 181         _audio_codec_context->bit_rate = 256 * 1024;
 182         _audio_codec_context->sample_fmt = _sample_format;
 183         _audio_codec_context->sample_rate = _audio_frame_rate;
 184         _audio_codec_context->channel_layout = av_get_default_channel_layout (_audio_channels);
 185         _audio_codec_context->channels = _audio_channels;
 186 }
 187
 188 void
 189 FFmpegFileEncoder::flush ()
 190 {
 191         if (_pending_audio->frames() > 0) {
 192                 audio_frame (_pending_audio->frames ());
 193         }
 194
 195         bool flushed_video = false;
 196         bool flushed_audio = false;
 197
 198         while (!flushed_video || !flushed_audio) {
 199                 AVPacket packet;
 200                 av_init_packet (&packet);
 201                 packet.data = 0;
 202                 packet.size = 0;
 203
 204                 int got_packet;
 205                 avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 206                 if (got_packet) {
 207                         packet.stream_index = 0;
 208                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 209                 } else {
 210                         flushed_video = true;
 211                 }
 212                 av_packet_unref (&packet);
 213
 214                 av_init_packet (&packet);
 215                 packet.data = 0;
 216                 packet.size = 0;
 217
 218                 avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, 0, &got_packet);
 219                 if (got_packet) {
 220                         packet.stream_index = 0;
 221                         av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 222                 } else {
 223                         flushed_audio = true;
 224                 }
 225                 av_packet_unref (&packet);
 226         }
 227
 228         av_write_trailer (_format_context);
 229
 230         avcodec_close (_video_codec_context);
 231         avcodec_close (_audio_codec_context);
 232         avio_close (_format_context->pb);
 233         avformat_free_context (_format_context);
 234 }
 235
 236 void
 237 FFmpegFileEncoder::video (shared_ptr<PlayerVideo> video, DCPTime time)
 238 {
 239         shared_ptr<Image> image = video->image (
 240                 bind (&PlayerVideo::force, _1, _pixel_format),
 241                 true,
 242                 false
 243                 );
 244
 245         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 246         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 247
 248         _pending_images[image->data()[0]] = image;
 249         for (int i = 0; i < 3; ++i) {
 250                 AVBufferRef* buffer = av_buffer_create(image->data()[i], image->stride()[i] * image->size().height, &buffer_free, this, 0);
 251                 frame->buf[i] = av_buffer_ref (buffer);
 252                 frame->data[i] = buffer->data;
 253                 frame->linesize[i] = image->stride()[i];
 254                 av_buffer_unref (&buffer);
 255         }
 256
 257         frame->width = image->size().width;
 258         frame->height = image->size().height;
 259         frame->format = _pixel_format;
 260         frame->pts = time.seconds() / av_q2d (_video_stream->time_base);
 261
 262         AVPacket packet;
 263         av_init_packet (&packet);
 264         packet.data = 0;
 265         packet.size = 0;
 266
 267         int got_packet;
 268         if (avcodec_encode_video2 (_video_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 269                 throw EncodeError ("FFmpeg video encode failed");
 270         }
 271
 272         if (got_packet && packet.size) {
 273                 packet.stream_index = _video_stream_index;
 274                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 275                 av_packet_unref (&packet);
 276         }
 277
 278         av_frame_free (&frame);
 279
 280 }
 281
 282 /** Called when the player gives us some audio */
 283 void
 284 FFmpegFileEncoder::audio (shared_ptr<AudioBuffers> audio)
 285 {
 286         _pending_audio->append (audio);
 287
 288         int frame_size = _audio_codec_context->frame_size;
 289         if (frame_size == 0) {
 290                 /* codec has AV_CODEC_CAP_VARIABLE_FRAME_SIZE */
 291                 frame_size = _audio_frame_rate / _video_frame_rate;
 292         }
 293
 294         while (_pending_audio->frames() >= frame_size) {
 295                 audio_frame (frame_size);
 296         }
 297 }
 298
 299 void
 300 FFmpegFileEncoder::audio_frame (int size)
 301 {
 302         DCPOMATIC_ASSERT (size);
 303
 304         AVFrame* frame = av_frame_alloc ();
 305         DCPOMATIC_ASSERT (frame);
 306
 307         int const channels = _pending_audio->channels();
 308         DCPOMATIC_ASSERT (channels);
 309
 310         int const buffer_size = av_samples_get_buffer_size (0, channels, size, _audio_codec_context->sample_fmt, 0);
 311         DCPOMATIC_ASSERT (buffer_size >= 0);
 312
 313         void* samples = av_malloc (buffer_size);
 314         DCPOMATIC_ASSERT (samples);
 315
 316         frame->nb_samples = size;
 317         int r = avcodec_fill_audio_frame (frame, channels, _audio_codec_context->sample_fmt, (const uint8_t *) samples, buffer_size, 0);
 318         DCPOMATIC_ASSERT (r >= 0);
 319
 320         float** p = _pending_audio->data ();
 321         switch (_audio_codec_context->sample_fmt) {
 322         case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 323         {
 324                 int16_t* q = reinterpret_cast<int16_t*> (samples);
 325                 for (int i = 0; i < size; ++i) {
 326                         for (int j = 0; j < channels; ++j) {
 327                                 *q++ = p[j][i] * 32767;
 328                         }
 329                 }
 330                 break;
 331         }
 332         case AV_SAMPLE_FMT_FLTP:
 333         {
 334                 float* q = reinterpret_cast<float*> (samples);
 335                 for (int i = 0; i < channels; ++i) {
 336                         memcpy (q, p[i], sizeof(float) * size);
 337                         q += size;
 338                 }
 339                 break;
 340         }
 341         default:
 342                 DCPOMATIC_ASSERT (false);
 343         }
 344
 345         AVPacket packet;
 346         av_init_packet (&packet);
 347         packet.data = 0;
 348         packet.size = 0;
 349
 350         int got_packet;
 351         if (avcodec_encode_audio2 (_audio_codec_context, &packet, frame, &got_packet) < 0) {
 352                 throw EncodeError ("FFmpeg audio encode failed");
 353         }
 354
 355         if (got_packet && packet.size) {
 356                 packet.stream_index = _audio_stream_index;
 357                 av_interleaved_write_frame (_format_context, &packet);
 358                 av_packet_unref (&packet);
 359         }
 360
 361         av_free (samples);
 362         av_frame_free (&frame);
 363
 364         _pending_audio->trim_start (size);
 365 }
 366
 367 void
 368 FFmpegFileEncoder::subtitle (PlayerText, DCPTimePeriod)
 369 {
 370
 371 }
 372
 373 void
 374 FFmpegFileEncoder::buffer_free (void* opaque, uint8_t* data)
 375 {
 376         reinterpret_cast<FFmpegFileEncoder*>(opaque)->buffer_free2(data);
 377 }
 378
 379 void
 380 FFmpegFileEncoder::buffer_free2 (uint8_t* data)
 381 {
 382         _pending_images.erase (data);
 383 }