git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/v4l2_buffers.c

   1 /*
   2  * V4L2 buffer helper functions.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2017 Alexis Ballier <aballier@gentoo.org>
   5  * Copyright (C) 2017 Jorge Ramirez <jorge.ramirez-ortiz@linaro.org>
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include <linux/videodev2.h>
  25 #include <sys/ioctl.h>
  26 #include <sys/mman.h>
  27 #include <unistd.h>
  28 #include <fcntl.h>
  29 #include <poll.h>
  30 #include "libavcodec/avcodec.h"
  31 #include "libavcodec/internal.h"
  32 #include "libavutil/pixdesc.h"
  33 #include "v4l2_context.h"
  34 #include "v4l2_buffers.h"
  35 #include "v4l2_m2m.h"
  36
  37 #define USEC_PER_SEC 1000000
  38
  39 static inline V4L2m2mContext *buf_to_m2mctx(V4L2Buffer *buf)
  40 {
  41     return V4L2_TYPE_IS_OUTPUT(buf->context->type) ?
  42         container_of(buf->context, V4L2m2mContext, output) :
  43         container_of(buf->context, V4L2m2mContext, capture);
  44 }
  45
  46 static inline AVCodecContext *logger(V4L2Buffer *buf)
  47 {
  48     return buf_to_m2mctx(buf)->avctx;
  49 }
  50
  51 static inline void v4l2_set_pts(V4L2Buffer *out, int64_t pts)
  52 {
  53     V4L2m2mContext *s = buf_to_m2mctx(out);
  54     AVRational v4l2_timebase = { 1, USEC_PER_SEC };
  55     int64_t v4l2_pts;
  56
  57     if (pts == AV_NOPTS_VALUE)
  58         pts = 0;
  59
  60     /* convert pts to v4l2 timebase */
  61     v4l2_pts = av_rescale_q(pts, s->avctx->time_base, v4l2_timebase);
  62     out->buf.timestamp.tv_usec = v4l2_pts % USEC_PER_SEC;
  63     out->buf.timestamp.tv_sec = v4l2_pts / USEC_PER_SEC;
  64 }
  65
  66 static inline int64_t v4l2_get_pts(V4L2Buffer *avbuf)
  67 {
  68     V4L2m2mContext *s = buf_to_m2mctx(avbuf);
  69     AVRational v4l2_timebase = { 1, USEC_PER_SEC };
  70     int64_t v4l2_pts;
  71
  72     /* convert pts back to encoder timebase */
  73     v4l2_pts = (int64_t)avbuf->buf.timestamp.tv_sec * USEC_PER_SEC +
  74                         avbuf->buf.timestamp.tv_usec;
  75
  76     return av_rescale_q(v4l2_pts, v4l2_timebase, s->avctx->time_base);
  77 }
  78
  79 static enum AVColorPrimaries v4l2_get_color_primaries(V4L2Buffer *buf)
  80 {
  81     enum v4l2_ycbcr_encoding ycbcr;
  82     enum v4l2_colorspace cs;
  83
  84     cs = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(buf->buf.type) ?
  85         buf->context->format.fmt.pix_mp.colorspace :
  86         buf->context->format.fmt.pix.colorspace;
  87
  88     ycbcr = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(buf->buf.type) ?
  89         buf->context->format.fmt.pix_mp.ycbcr_enc:
  90         buf->context->format.fmt.pix.ycbcr_enc;
  91
  92     switch(ycbcr) {
  93     case V4L2_YCBCR_ENC_XV709:
  94     case V4L2_YCBCR_ENC_709: return AVCOL_PRI_BT709;
  95     case V4L2_YCBCR_ENC_XV601:
  96     case V4L2_YCBCR_ENC_601:return AVCOL_PRI_BT470M;
  97     default:
  98         break;
  99     }
 100
 101     switch(cs) {
 102     case V4L2_COLORSPACE_470_SYSTEM_BG: return AVCOL_PRI_BT470BG;
 103     case V4L2_COLORSPACE_SMPTE170M: return AVCOL_PRI_SMPTE170M;
 104     case V4L2_COLORSPACE_SMPTE240M: return AVCOL_PRI_SMPTE240M;
 105     case V4L2_COLORSPACE_BT2020: return AVCOL_PRI_BT2020;
 106     default:
 107         break;
 108     }
 109
 110     return AVCOL_PRI_UNSPECIFIED;
 111 }
 112
 113 static enum AVColorRange v4l2_get_color_range(V4L2Buffer *buf)
 114 {
 115     enum v4l2_quantization qt;
 116
 117     qt = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(buf->buf.type) ?
 118         buf->context->format.fmt.pix_mp.quantization :
 119         buf->context->format.fmt.pix.quantization;
 120
 121     switch (qt) {
 122     case V4L2_QUANTIZATION_LIM_RANGE: return AVCOL_RANGE_MPEG;
 123     case V4L2_QUANTIZATION_FULL_RANGE: return AVCOL_RANGE_JPEG;
 124     default:
 125         break;
 126     }
 127
 128      return AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED;
 129 }
 130
 131 static enum AVColorSpace v4l2_get_color_space(V4L2Buffer *buf)
 132 {
 133     enum v4l2_ycbcr_encoding ycbcr;
 134     enum v4l2_colorspace cs;
 135
 136     cs = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(buf->buf.type) ?
 137         buf->context->format.fmt.pix_mp.colorspace :
 138         buf->context->format.fmt.pix.colorspace;
 139
 140     ycbcr = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(buf->buf.type) ?
 141         buf->context->format.fmt.pix_mp.ycbcr_enc:
 142         buf->context->format.fmt.pix.ycbcr_enc;
 143
 144     switch(cs) {
 145     case V4L2_COLORSPACE_SRGB: return AVCOL_SPC_RGB;
 146     case V4L2_COLORSPACE_REC709: return AVCOL_SPC_BT709;
 147     case V4L2_COLORSPACE_470_SYSTEM_M: return AVCOL_SPC_FCC;
 148     case V4L2_COLORSPACE_470_SYSTEM_BG: return AVCOL_SPC_BT470BG;
 149     case V4L2_COLORSPACE_SMPTE170M: return AVCOL_SPC_SMPTE170M;
 150     case V4L2_COLORSPACE_SMPTE240M: return AVCOL_SPC_SMPTE240M;
 151     case V4L2_COLORSPACE_BT2020:
 152         if (ycbcr == V4L2_YCBCR_ENC_BT2020_CONST_LUM)
 153             return AVCOL_SPC_BT2020_CL;
 154         else
 155              return AVCOL_SPC_BT2020_NCL;
 156     default:
 157         break;
 158     }
 159
 160     return AVCOL_SPC_UNSPECIFIED;
 161 }
 162
 163 static enum AVColorTransferCharacteristic v4l2_get_color_trc(V4L2Buffer *buf)
 164 {
 165     enum v4l2_ycbcr_encoding ycbcr;
 166     enum v4l2_xfer_func xfer;
 167     enum v4l2_colorspace cs;
 168
 169     cs = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(buf->buf.type) ?
 170         buf->context->format.fmt.pix_mp.colorspace :
 171         buf->context->format.fmt.pix.colorspace;
 172
 173     ycbcr = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(buf->buf.type) ?
 174         buf->context->format.fmt.pix_mp.ycbcr_enc:
 175         buf->context->format.fmt.pix.ycbcr_enc;
 176
 177     xfer = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(buf->buf.type) ?
 178         buf->context->format.fmt.pix_mp.xfer_func:
 179         buf->context->format.fmt.pix.xfer_func;
 180
 181     switch (xfer) {
 182     case V4L2_XFER_FUNC_709: return AVCOL_TRC_BT709;
 183     case V4L2_XFER_FUNC_SRGB: return AVCOL_TRC_IEC61966_2_1;
 184     default:
 185         break;
 186     }
 187
 188     switch (cs) {
 189     case V4L2_COLORSPACE_470_SYSTEM_M: return AVCOL_TRC_GAMMA22;
 190     case V4L2_COLORSPACE_470_SYSTEM_BG: return AVCOL_TRC_GAMMA28;
 191     case V4L2_COLORSPACE_SMPTE170M: return AVCOL_TRC_SMPTE170M;
 192     case V4L2_COLORSPACE_SMPTE240M: return AVCOL_TRC_SMPTE240M;
 193     default:
 194         break;
 195     }
 196
 197     switch (ycbcr) {
 198     case V4L2_YCBCR_ENC_XV709:
 199     case V4L2_YCBCR_ENC_XV601: return AVCOL_TRC_BT1361_ECG;
 200     default:
 201         break;
 202     }
 203
 204     return AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
 205 }
 206
 207 static void v4l2_free_buffer(void *opaque, uint8_t *unused)
 208 {
 209     V4L2Buffer* avbuf = opaque;
 210     V4L2m2mContext *s = buf_to_m2mctx(avbuf);
 211
 212     if (atomic_fetch_sub(&avbuf->context_refcount, 1) == 1) {
 213         atomic_fetch_sub_explicit(&s->refcount, 1, memory_order_acq_rel);
 214
 215         if (s->reinit) {
 216             if (!atomic_load(&s->refcount))
 217                 sem_post(&s->refsync);
 218         } else {
 219             if (s->draining) {
 220                 /* no need to queue more buffers to the driver */
 221                 avbuf->status = V4L2BUF_AVAILABLE;
 222             }
 223             else if (avbuf->context->streamon)
 224                 ff_v4l2_buffer_enqueue(avbuf);
 225         }
 226
 227         av_buffer_unref(&avbuf->context_ref);
 228     }
 229 }
 230
 231 static int v4l2_buf_to_bufref(V4L2Buffer *in, int plane, AVBufferRef **buf)
 232 {
 233     V4L2m2mContext *s = buf_to_m2mctx(in);
 234
 235     if (plane >= in->num_planes)
 236         return AVERROR(EINVAL);
 237
 238     /* even though most encoders return 0 in data_offset encoding vp8 does require this value */
 239     *buf = av_buffer_create((char *)in->plane_info[plane].mm_addr + in->planes[plane].data_offset,
 240                             in->plane_info[plane].length, v4l2_free_buffer, in, 0);
 241     if (!*buf)
 242         return AVERROR(ENOMEM);
 243
 244     if (in->context_ref)
 245         atomic_fetch_add(&in->context_refcount, 1);
 246     else {
 247         in->context_ref = av_buffer_ref(s->self_ref);
 248         if (!in->context_ref) {
 249             av_buffer_unref(buf);
 250             return AVERROR(ENOMEM);
 251         }
 252         in->context_refcount = 1;
 253     }
 254
 255     in->status = V4L2BUF_RET_USER;
 256     atomic_fetch_add_explicit(&s->refcount, 1, memory_order_relaxed);
 257
 258     return 0;
 259 }
 260
 261 static int v4l2_bufref_to_buf(V4L2Buffer *out, int plane, const uint8_t* data, int size, int offset, AVBufferRef* bref)
 262 {
 263     unsigned int bytesused, length;
 264
 265     if (plane >= out->num_planes)
 266         return AVERROR(EINVAL);
 267
 268     length = out->plane_info[plane].length;
 269     bytesused = FFMIN(size+offset, length);
 270
 271     memcpy((uint8_t*)out->plane_info[plane].mm_addr+offset, data, FFMIN(size, length-offset));
 272
 273     if (V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(out->buf.type)) {
 274         out->planes[plane].bytesused = bytesused;
 275         out->planes[plane].length = length;
 276     } else {
 277         out->buf.bytesused = bytesused;
 278         out->buf.length = length;
 279     }
 280
 281     return 0;
 282 }
 283
 284 /******************************************************************************
 285  *
 286  *              V4L2Buffer interface
 287  *
 288  ******************************************************************************/
 289
 290 int ff_v4l2_buffer_avframe_to_buf(const AVFrame *frame, V4L2Buffer *out)
 291 {
 292     int i, ret;
 293     struct v4l2_format fmt = out->context->format;
 294     int pixel_format = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(fmt.type) ?
 295                        fmt.fmt.pix_mp.pixelformat : fmt.fmt.pix.pixelformat;
 296     int height       = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(fmt.type) ?
 297                        fmt.fmt.pix_mp.height : fmt.fmt.pix.height;
 298     int is_planar_format = 0;
 299
 300     switch (pixel_format) {
 301     case V4L2_PIX_FMT_YUV420M:
 302     case V4L2_PIX_FMT_YVU420M:
 303     case V4L2_PIX_FMT_YUV422M:
 304     case V4L2_PIX_FMT_YVU422M:
 305     case V4L2_PIX_FMT_YUV444M:
 306     case V4L2_PIX_FMT_YVU444M:
 307     case V4L2_PIX_FMT_NV12M:
 308     case V4L2_PIX_FMT_NV21M:
 309     case V4L2_PIX_FMT_NV12MT_16X16:
 310     case V4L2_PIX_FMT_NV12MT:
 311     case V4L2_PIX_FMT_NV16M:
 312     case V4L2_PIX_FMT_NV61M:
 313         is_planar_format = 1;
 314     }
 315
 316     v4l2_set_pts(out, frame->pts);
 317
 318     if (!is_planar_format) {
 319         const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(frame->format);
 320         int planes_nb = 0;
 321         int offset = 0;
 322
 323         for (i = 0; i < desc->nb_components; i++)
 324             planes_nb = FFMAX(planes_nb, desc->comp[i].plane + 1);
 325
 326         for (i = 0; i < planes_nb; i++) {
 327             int size, h = height;
 328             if (i == 1 || i == 2) {
 329                 h = AV_CEIL_RSHIFT(h, desc->log2_chroma_h);
 330             }
 331             size = frame->linesize[i] * h;
 332             ret = v4l2_bufref_to_buf(out, 0, frame->data[i], size, offset, frame->buf[i]);
 333             if (ret)
 334                 return ret;
 335             offset += size;
 336         }
 337         return 0;
 338     }
 339
 340     for (i = 0; i < out->num_planes; i++) {
 341         ret = v4l2_bufref_to_buf(out, i, frame->buf[i]->data, frame->buf[i]->size, 0, frame->buf[i]);
 342         if (ret)
 343             return ret;
 344     }
 345
 346     return 0;
 347 }
 348
 349 int ff_v4l2_buffer_buf_to_avframe(AVFrame *frame, V4L2Buffer *avbuf)
 350 {
 351     V4L2m2mContext *s = buf_to_m2mctx(avbuf);
 352     int i, ret;
 353
 354     av_frame_unref(frame);
 355
 356     /* 1. get references to the actual data */
 357     for (i = 0; i < avbuf->num_planes; i++) {
 358         ret = v4l2_buf_to_bufref(avbuf, i, &frame->buf[i]);
 359         if (ret)
 360             return ret;
 361
 362         frame->linesize[i] = avbuf->plane_info[i].bytesperline;
 363         frame->data[i] = frame->buf[i]->data;
 364     }
 365
 366     /* 1.1 fixup special cases */
 367     switch (avbuf->context->av_pix_fmt) {
 368     case AV_PIX_FMT_NV12:
 369     case AV_PIX_FMT_NV21:
 370         if (avbuf->num_planes > 1)
 371             break;
 372         frame->linesize[1] = avbuf->plane_info[0].bytesperline;
 373         frame->data[1] = frame->buf[0]->data + avbuf->plane_info[0].bytesperline * avbuf->context->format.fmt.pix_mp.height;
 374         break;
 375     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 376         if (avbuf->num_planes > 1)
 377             break;
 378         frame->linesize[1] = avbuf->plane_info[0].bytesperline >> 1;
 379         frame->linesize[2] = avbuf->plane_info[0].bytesperline >> 1;
 380         frame->data[1] = frame->buf[0]->data + avbuf->plane_info[0].bytesperline * avbuf->context->format.fmt.pix_mp.height;
 381         frame->data[2] = frame->data[1] + ((avbuf->plane_info[0].bytesperline * avbuf->context->format.fmt.pix_mp.height) >> 2);
 382         break;
 383     default:
 384         break;
 385     }
 386
 387     /* 2. get frame information */
 388     frame->key_frame = !!(avbuf->buf.flags & V4L2_BUF_FLAG_KEYFRAME);
 389     frame->format = avbuf->context->av_pix_fmt;
 390     frame->color_primaries = v4l2_get_color_primaries(avbuf);
 391     frame->colorspace = v4l2_get_color_space(avbuf);
 392     frame->color_range = v4l2_get_color_range(avbuf);
 393     frame->color_trc = v4l2_get_color_trc(avbuf);
 394     frame->pts = v4l2_get_pts(avbuf);
 395
 396     /* these two values are updated also during re-init in v4l2_process_driver_event */
 397     frame->height = s->output.height;
 398     frame->width = s->output.width;
 399
 400     /* 3. report errors upstream */
 401     if (avbuf->buf.flags & V4L2_BUF_FLAG_ERROR) {
 402         av_log(logger(avbuf), AV_LOG_ERROR, "%s: driver decode error\n", avbuf->context->name);
 403         frame->decode_error_flags |= FF_DECODE_ERROR_INVALID_BITSTREAM;
 404     }
 405
 406     return 0;
 407 }
 408
 409 int ff_v4l2_buffer_buf_to_avpkt(AVPacket *pkt, V4L2Buffer *avbuf)
 410 {
 411     int ret;
 412
 413     av_packet_unref(pkt);
 414     ret = v4l2_buf_to_bufref(avbuf, 0, &pkt->buf);
 415     if (ret)
 416         return ret;
 417
 418     pkt->size = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(avbuf->buf.type) ? avbuf->buf.m.planes[0].bytesused : avbuf->buf.bytesused;
 419     pkt->data = pkt->buf->data;
 420
 421     if (avbuf->buf.flags & V4L2_BUF_FLAG_KEYFRAME)
 422         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 423
 424     if (avbuf->buf.flags & V4L2_BUF_FLAG_ERROR) {
 425         av_log(logger(avbuf), AV_LOG_ERROR, "%s driver encode error\n", avbuf->context->name);
 426         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_CORRUPT;
 427     }
 428
 429     pkt->dts = pkt->pts = v4l2_get_pts(avbuf);
 430
 431     return 0;
 432 }
 433
 434 int ff_v4l2_buffer_avpkt_to_buf(const AVPacket *pkt, V4L2Buffer *out)
 435 {
 436     int ret;
 437
 438     ret = v4l2_bufref_to_buf(out, 0, pkt->data, pkt->size, 0, pkt->buf);
 439     if (ret)
 440         return ret;
 441
 442     v4l2_set_pts(out, pkt->pts);
 443
 444     if (pkt->flags & AV_PKT_FLAG_KEY)
 445         out->flags = V4L2_BUF_FLAG_KEYFRAME;
 446
 447     return 0;
 448 }
 449
 450 int ff_v4l2_buffer_initialize(V4L2Buffer* avbuf, int index)
 451 {
 452     V4L2Context *ctx = avbuf->context;
 453     int ret, i;
 454
 455     avbuf->buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
 456     avbuf->buf.type = ctx->type;
 457     avbuf->buf.index = index;
 458
 459     if (V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(ctx->type)) {
 460         avbuf->buf.length = VIDEO_MAX_PLANES;
 461         avbuf->buf.m.planes = avbuf->planes;
 462     }
 463
 464     ret = ioctl(buf_to_m2mctx(avbuf)->fd, VIDIOC_QUERYBUF, &avbuf->buf);
 465     if (ret < 0)
 466         return AVERROR(errno);
 467
 468     if (V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(ctx->type)) {
 469         avbuf->num_planes = 0;
 470         for (;;) {
 471             /* in MP, the V4L2 API states that buf.length means num_planes */
 472             if (avbuf->num_planes >= avbuf->buf.length)
 473                 break;
 474             if (avbuf->buf.m.planes[avbuf->num_planes].length)
 475                 avbuf->num_planes++;
 476         }
 477     } else
 478         avbuf->num_planes = 1;
 479
 480     for (i = 0; i < avbuf->num_planes; i++) {
 481
 482         avbuf->plane_info[i].bytesperline = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(ctx->type) ?
 483             ctx->format.fmt.pix_mp.plane_fmt[i].bytesperline :
 484             ctx->format.fmt.pix.bytesperline;
 485
 486         if (V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(ctx->type)) {
 487             avbuf->plane_info[i].length = avbuf->buf.m.planes[i].length;
 488             avbuf->plane_info[i].mm_addr = mmap(NULL, avbuf->buf.m.planes[i].length,
 489                                            PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
 490                                            buf_to_m2mctx(avbuf)->fd, avbuf->buf.m.planes[i].m.mem_offset);
 491         } else {
 492             avbuf->plane_info[i].length = avbuf->buf.length;
 493             avbuf->plane_info[i].mm_addr = mmap(NULL, avbuf->buf.length,
 494                                           PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
 495                                           buf_to_m2mctx(avbuf)->fd, avbuf->buf.m.offset);
 496         }
 497
 498         if (avbuf->plane_info[i].mm_addr == MAP_FAILED)
 499             return AVERROR(ENOMEM);
 500     }
 501
 502     avbuf->status = V4L2BUF_AVAILABLE;
 503
 504     if (V4L2_TYPE_IS_OUTPUT(ctx->type))
 505         return 0;
 506
 507     if (V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(ctx->type)) {
 508         avbuf->buf.m.planes = avbuf->planes;
 509         avbuf->buf.length   = avbuf->num_planes;
 510
 511     } else {
 512         avbuf->buf.bytesused = avbuf->planes[0].bytesused;
 513         avbuf->buf.length    = avbuf->planes[0].length;
 514     }
 515
 516     return ff_v4l2_buffer_enqueue(avbuf);
 517 }
 518
 519 int ff_v4l2_buffer_enqueue(V4L2Buffer* avbuf)
 520 {
 521     int ret;
 522
 523     avbuf->buf.flags = avbuf->flags;
 524
 525     ret = ioctl(buf_to_m2mctx(avbuf)->fd, VIDIOC_QBUF, &avbuf->buf);
 526     if (ret < 0)
 527         return AVERROR(errno);
 528
 529     avbuf->status = V4L2BUF_IN_DRIVER;
 530
 531     return 0;
 532 }