]> git.sesse.net Git - nageru-docs/blob - theme.rst
Update video inputs for 1.9.0.
[nageru-docs] / theme.rst
1 The theme
2 =========
3
4 **NOTE**: Nageru 1.9.0 made significant improvements to themes
5 and how scenes work. If you use an older version, you may want
6 to look at `the 1.8.6 documentation <https://nageru.sesse.net/doc-1.8.6/>`_;
7 themes written for older versions still work without modification in
8 1.9.0, but are not documented here, and you are advised to change
9 to use the new interfaces, as they are equally powerful and much simpler
10 to work with.
11
12 In Nageru, most of the business logic around how your stream
13 ends up looking is governed by the **theme**, much like how a
14 theme works on a blog or a CMS. Most importantly, the theme
15 governs the look and feel through the different scenes and
16 transitions between them, such that an event gets a consistent
17 visual language even if the operators differ. Instead of requiring the user
18 to modify Nageru's C++ core, themes are written in
19 `Lua <https://www.lua.org/>`_, a lightweight scripting language
20 made for embedding.
21
22 Themes contain a lot of logic, and writing one can seem a bit
23 daunting at first. However, most events will be happy just tweaking
24 one of the themes included with Nageru, and the operator (if different
25 from the visual designer) will not need to worry at all.
26
27 Nageru ships with two themes, a default full-featured two-camera
28 setup with side-by-side for e.g. conferences, and a minimal one
29 that is easier for new users to understand.
30
31
32 Introduction to scenes
33 ----------------------
34
35 Anything that's shown on the stream, or on one of the preview displays,
36 is created by a **Movit chain**, instantiated by a Nageru **scene**.
37 `Movit <https://movit.sesse.net/>`_
38 is a library for high-quality, high-performance video filters,
39 and Nageru's themes can use a simplified version of Movit's API where
40 most of the low-level details are abstracted away.
41
42 Every frame, the theme chooses a **scene** and a set of parameters to it,
43 based on what it thinks the picture should look like. Every scene
44 consists of a set of *inputs* (which can be either live video streams
45 or static pictures) and then a set of operators or *effects* to combine
46 or modify each other. Movit compiles these down to a set of shaders
47 that run in high speed on the GPU; the theme doesn't see a pixel,
48 and thus, Lua's performance (even though good for its language class,
49 especially if you use `LuaJIT <http://luajit.org/>`_) will not matter
50 much.
51
52
53 Basic scenes
54 ------------
55
56 The simplest possible scene takes only in an input and sends it on
57 to the display (the output of the last added node is always sent to
58 the screen, and in this case, that would be the input)::
59
60   local scene = Scene.new(16, 9)  -- Aspect ratio.
61   local input = scene:add_input()
62   input:display(0)  -- First input card. Can be changed whenever you want.
63   scene:finalize()
64
65 The live scene is always processed in full resolution (typically 720p)
66 and then scaled down for the GUI. Preview scenes are rendered in exactly
67 the resolution required, although of course, intermediate steps could be
68 bigger.
69
70
71 Setting parameters, and the get_scene entry point
72 -------------------------------------------------
73
74 Many effects support parameters that can vary per-frame. Imagine,
75 for instance, a theme where you want to supports two inputs and fading between
76 them. This means you will need a scene that produces two inputs and
77 produces a mix of them; Movit's *MixEffect* is exactly what you want here::
78
79   local scene = EffectChain.new(16, 9)
80
81   local input0 = scene:add_input()
82   input0:display(0)
83   local input1 = scene:add_input()
84   input1:display(1)
85
86   -- Note that add_effect returns its input for convenience.
87   local mix_effect = scene:add_effect(MixEffect.new(), input0, input1)
88   scene:finalize()
89
90 Every frame, Movit will call your **get_scene** function, which has
91 this signature:
92
93   function get_scene(num, t, width, height, signals)
94
95 “width” and “height” are what you'd expect (the output resolution).
96 t contains the current stream time in seconds. “num” contains 0
97 for the live view, 1 for the preview view, and 2, 3, 4, … for each
98 of the individual stream previews. “signals” contains a bit of
99 information about each input signal (see :ref:`signal-info`).
100
101 get_scene in return should return a scene. However, before you do that,
102 you can set the parameters **strength_first** and **strength_second**
103 on it; for instance like this::
104
105   function get_scene(num, t, width, height, signals)
106     -- Assume num is 0 here; you will need to handle the other
107     -- cases, too.
108     local fade_progress = 0.0
109     if t >= 1.0 and t >= 2.0:  -- Between 1 and 2 seconds; do the fade.
110       fade_progress = t - 1.0
111     elseif t >= 2.0:
112       fade_progress = 1.0
113     end
114
115     mix_effect:set_float("strength_first", 1.0 - fade_progress)
116     mix_effect:set_float("strength_second", fade_progress)
117     return scene
118   end
119
120 Note that in the case where fade_progress is 0.0 or 1.0 (you are just
121 showing one of the inputs), you are wasting GPU power by using the
122 fade scene; you should just return a simpler one-input scene instead.
123
124 The get_scene function is the backbone of every Nageru theme.
125 As we shall see, however, it may end up dealing with a fair bit
126 of complexity as the theme grows.
127
128
129 Scene variants and effect alternatives
130 --------------------------------------
131
132 Setting up and finalizing a scene is relatively fast, but it still
133 takes a measurable amount of CPU time, since it needs to create an OpenGL
134 shader and have it optimized by the driver; 50–100 ms is not uncommon.
135 Given that 60 fps means each frame is 16.7 ms, you cannot create new scenes in
136 get_scene; every scene you could be using must be created at program start,
137 when your theme is initialized.
138
139 For any nontrivial theme, there are a lot of possible scenes. Let's
140 return to the case of the MixEffect scene from the previous section.
141 Now let us assume that we could deal with signals that come in at
142 1080p instead of the native 720p. In this case, we will want a high-quality
143 scaler before mixing; *ResampleEffect* provides one::
144
145   local scene = EffectChain.new(16, 9)
146
147   local input0 = scene:add_input()
148   input0:display(0)
149   local input0_scaled = scene:add_optional_effect(ResampleEffect.new())  -- Implicitly uses input0.
150   input0_scaled:set_int("width", 1280)  -- Could also be set in get_scene().
151   input0_scaled:set_int("height", 720)
152   input0_scaled:enable()  -- Enable or disable as needed.
153
154   local input1 = scene:add_input()
155   input1:display(1)
156   local input1_scaled = ... -- Similarly here and the rest.
157
158   input1_scaled:enable_if(some_variable)  -- Convenience form for enable() or disable() depending on some_variable.
159
160   -- The rest is unchanged.
161
162 Clearly, there are four options here; both inputs could be unscaled,
163 input0 could be scaled but not input1, input1 could be scaled but not input0,
164 or both could be scaled. That means four scenes. However, you don't need to
165 care about this; behind the scenes (no pun intended), Nageru will make all
166 four versions for you and choose the right one as you call enable() or
167 disable() on each effect.
168
169 Beyond simple on/off switches, an effect can have many *alternatives*,
170 by giving in an array of effects. For instance, it is usually pointless to use
171 the high-quality resampling provided by ResampleEffect for the on-screen
172 outputs; we can use *ResizeEffect* (a simpler scaling algorithm provided
173 directly by the GPU) that instead. The scaling is set up like this::
174
175   local input0 = scene:add_input()
176   input0:display(0)
177   local input0_scaled = scene:add_effect({ResampleEffect.new(), ResizeEffect.new()})  -- Implicitly uses input0.
178   input0_scaled:set_int("width", 1280)  -- Just like before.
179   input0_scaled:set_int("height", 720)
180
181   -- Pick one in get_scene() like this:
182   input0_scaled:choose(ResizeEffect)
183
184   -- Or by numerical index:
185   input0_scaled:choose(1)  -- Chooses ResizeEffect
186
187 Actually, add_optional_effect() is just a wrapper around add_effect() with
188 IdentityEffect as the other alternative, and disable() is a convenience version of
189 choose(IdentityEffect).
190
191 All alternatives must
192 have the same amount of inputs, with an exception for IdentityEffect, which can
193 coexist with an effect requiring any amount of inputs (if selected, the IdentityEffect
194 just passes its first input unchanged). Similarly, if you set a parameter with
195 set_int() or similar, it must be valid for all alternatives (again excepting
196 IdentityEffect); if there is one that can only be used on a certain alternative,
197 you must set it directly on the effect::
198
199   local resample_effect = ResampleEffect.new()
200   resample_effect:set_float("zoom_x", 1.0001)  -- Not valid for ResizeEffect.
201    
202   local input0_scaled = scene:add_effect({resample_effect, ResizeEffect.new()})
203   input0_scaled:set_int("width", 1280)  -- Set on both alternatives.
204   input0_scaled:set_int("height", 720)
205
206 Actually, more versions are created than you'd immediately expect.
207 In particular, the output format for the live output and all previews are
208 different (Y'CbCr versus RGBA), which is also handled transparently for you.
209 Also, the inputs could be interlaced, or they could be images, or videos (see
210 :ref:`images` and :doc:`video`), creating many more options. Again, you
211 generally don't need to care about this; Movit will make sure each and every of
212 those generated scenes runs optimally on your GPU. However, if the
213 combinatorial explosion increases startup time beyond what you are comfortable
214 with, see :ref:`locking`.
215
216
217 Transitions
218 -----------
219
220 As we have seen, the theme is king when it determines what to show
221 on screen. However, ultimately, it wants to delegate that power
222 to the operator. The abstraction presented from the theme to the user
223 is in the form of **transitions**. Every frame, Nageru calls the
224 following Lua entry point::
225
226   function get_transitions(t)
227
228 (t is again the stream time, but it is provided only for convenience;
229 not all themes would want to use it.) get_transitions must return an array of
230 (currently exactly) three strings, of which any can be blank. These three
231 strings are used as labels on one button each, and whenever the operator clicks
232 one of them, Nageru calls this function in the theme::
233
234   function transition_clicked(num, t)
235
236 where “num” is 0, 1 or 2, and t is again the theme time.
237
238 It is expected that the theme will use this and its internal state
239 to provide the abstraction (or perhaps illusion) of transitions to
240 the user. For instance, a theme will know that the live stream is
241 currently showing input 0 and the preview stream is showing input 1.
242 In this case, it can use two of the buttons to offer “Cut“ or “Fade”
243 transitions to the user. If the user clicks the cut button, the theme
244 can simply switch input and previews, which will take immediate
245 effect on the next frame. However, if the user clicks the fade button,
246 state will need to be set up so that next time get_scene() runs,
247 it will return the scene with the MixEffect, until it determines
248 the transition is over and changes back to showing only one input
249 (presumably the new one).
250
251
252 .. _channels:
253
254 Channels
255 --------
256
257 In addition to the live and preview outputs, a theme can declare
258 as many individual **channels** as it wants. These are shown at the
259 bottom of the screen, and are intended for the operator to see
260 what they can put up on the preview (in a sense, a preview of the
261 preview).
262
263 The number of channels is determined by calling this function
264 once at the start of the program::
265
266   Nageru.set_num_channels(2)
267
268 0 is allowed, but doesn't make a lot of sense. Live and preview comes in
269 addition to this.
270
271 Each channel will have a label on it; you set it by calling::
272
273   Nageru.set_channel_name(2, "Side-by-side")
274
275 Here, channel is 2, 3, 4, etc.—by default, 0 is called “Live” and
276 1 is called “Preview”, and you probably don't need to change this.
277
278 Each channel has its own scene, starting from number 2 for the first one
279 (since 0 is live and 1 is preview). The simplest form is simply a direct copy
280 of an input, and most themes will include one such channel for each input.
281 (Below, we will see that there are more types of channels, however.)
282 Since the mapping between the channel UI element and inputs is so typical,
283 Nageru allows the theme to simply declare that a channel corresponds to
284 a given signal::
285
286   Nageru.set_channel_signal(2, 0)
287   Nageru.set_channel_signal(3, 1)
288
289 Here, channels 2 and 3 (the two first ones) correspond directly to inputs
290 0 and 1, respectively. The others don't, and return -1. The effect on the
291 UI is that the user can right-click on the channel and configure the input
292 that way; in fact, this is currently the only way to configure them.
293
294 Furthermore, channels can have a color, which is governed by Nageru calling
295 a function your theme::
296
297   function channel_color(channel)
298  
299 The theme should return a CSS color (e.g. “#ff0000”, or “cyan”) for each
300 channel when asked; it can vary from frame to frame. A typical use is to mark
301 the currently playing input as red, or the preview as green.
302
303 And finally, there are two entry points related to white balance::
304
305   Nageru.set_supports_wb(2, true)
306   function set_wb(channel, red, green, blue)
307
308 If the first function is called with a true value (at the start of the theme),
309 the channel will get a “Set WB” button next to it, which will activate a color
310 picker. When the user picks a color (ostensibly with a gray point), the second
311 function will be called (with the RGB values in linear light—not sRGB!),
312 and the theme can then use it to adjust the white balance for that channel.
313 The typical way to to this is to have a *WhiteBalanceEffect* on each input
314 and set its “neutral_color” parameter using the “set_vec3” function.
315
316
317 More complicated channels: Composites
318 -------------------------------------
319
320 Direct inputs are not the only kind of channels possible; again, any scene
321 can be output. The most common case is different kinds of **composites**,
322 typically showing side-by-side or something similar. The typical UI presented
323 to the user in this case is that you create a channel that consists of the
324 finished setup; you use ResampleEffect (or ResizeEffect for preview scenes),
325 *PaddingEffect* (to place the rectangles on the screen, one of them with a
326 transparent border) and then *OverlayEffect* (to get both on the screen at
327 the same time). Optionally, you can have a background image at the bottom,
328 and perhaps a logo at the top. This allows the operator to select a pre-made
329 composits, and then transition to and from it from a single camera view (or even
330 between different composites) as needed.
331
332 Transitions involving composites tend to be the most complicated parts of the theme
333 logic, but also make for the most distinct parts of your visual look.
334
335
336 .. _images:
337
338 Image inputs
339 ------------
340
341 In addition to video inputs, Nageru supports static **image inputs**.
342 These work pretty much the same way as live video inputs. Recall that
343 you chose what input to display like this::
344
345   input:display(0)
346
347 Image inputs are instead created by instantiating *ImageInput* and
348 displaying that::
349
350   bg = ImageInput.new("bg.jpeg")  -- Once, at the start of the program.
351   input:display(bg)  -- In get_scene().
352
353 All image types supported by FFmpeg are supported; if you give in a video,
354 only the first frame is used. The file is checked once every second,
355 so if you update the file on-disk, it will be available in Nageru without
356 a restart. (If the file contains an error, the update will be ignored.)
357 This allows you to e.g. have simple message overlays that you can change
358 without restarting Nageru.
359
360
361 .. _locking:
362
363 Locking alternatives
364 --------------------
365
366 In some cases, Nageru may be building in alternatives to a scene that you
367 don't really need, resulting in combinatorial explosion. (If the number of
368 instances is getting high, you will get a warning when finalizing the scene.)
369 For instance, in some cases, you know that a given transition scene will never
370 be used for previews, just live. In this case, you can replace the call to
371 scene:finalize() with::
372
373   scene:finalize(false)
374
375 In this case, you guarantee that the scene will never be returned when
376 get_scene() is called with the number 0. (Similarly, you can use true
377 to *only* use it for the live channel.)
378
379 Similarly, inputs can hold four different input types, but in some scenes,
380 you may always use them with a specific one, e.g. an image “bg_img”. In this case,
381 you may add the input with a specific type right away::
382
383   scene:add_input(bg_img)
384
385 Similarly, for a live input, you can do::
386
387   scene:add_input(0)
388
389 You can still use scene:display() to change the input, but it needs to be of
390 the same *type* as the one you gave to add_input().
391
392 Finally, you can specify that some effects only make sense together, reducing
393 the number of possibilities further. For instance, you may have an optional
394 crop effect followed by a resample, where the resample is only enabled if the
395 crop is. If so, you can do this::
396
397    resample_effect:always_disable_if_disabled(crop_effect)
398
399 For more advanced exclusions, you may choose to split up the scenes into several
400 distinct ones that you manage yourself; indeed, before Nageru 1.9.0, that was
401 the only option. At some point, however, you may choose to simply accept the
402 added startup time and a bit of extra RAM cost; ease of use and flexibility often
403 trumps such concerns.
404
405
406 .. _menus:
407
408 Theme menus
409 -----------
410
411 Complicated themes, especially those dealing with :doc:`HTML inputs <html>`,
412 may have needs for user control that go beyond those of transition buttons.
413 (An obvious example may be “reload the HTML file”.) For this reason,
414 themes can also set simple *theme menus*, which are always visible
415 no matter what inputs are chosen.
416
417 If a theme chooses to set a theme menu, it will be available on the
418 main menu bar under “Theme”; if not, it will be hidden. You can set
419 the menu at startup or at any other point, using a simple series of
420 labels and function references::
421
422   function modify_aspect()
423     -- Your code goes here.
424   end
425
426   function reload_html()
427     html_input:reload()
428   end
429
430   ThemeMenu.set(
431     { "Change &aspect", modify_aspect },
432     { "&Reload overlay", reload_html }
433   )
434
435 When the user chooses a menu entry, the given Lua function will
436 automatically be called. There are no arguments nor return values.
437
438 Menus can contain submenus, by giving an array instead of a function::
439
440   ThemeMenu.set(
441     { "Overlay", {
442        { "Version A", select_overlay_a },
443        { "Version B", select_overlay_b }
444     },
445     { "&Reload overlay", reload_html }
446   )
447
448 They can also be checkable, or have checkboxes, by adding a third
449 array element containing flags for that::
450
451   ThemeMenu.set(
452     { "Enable overlay",  enable_overlay,  Nageru.CHECKED },    -- Currently checked.
453     { "Enable crashing", make_unstable,   Nageru.CHECKABLE }   -- Can be checked, but isn't currently.
454   )
455
456 When such an option is selected, you probably want to rebuild the menu to
457 reflect the new state.
458
459 There currently is no support for input boxes, sliders,
460 or the likes. However, do note that since the theme is written in unrestricted
461 Lua, so you can use e.g. `lua-http <https://github.com/daurnimator/lua-http>`_
462 to listen for external connections and accept more complicated inputs
463 from those.
464
465
466 .. _signal-info:
467
468 Signal information queries
469 --------------------------
470
471 As previously mentioned, get_scene() takes in a “signals” parameter
472 that you can query for information about each signal (numbered from 0;
473 live and preview are channels, not signals), like its current resolution
474 or frame rate:
475
476   * get_frame_width(signal), get_frame_height(signal): Width and height of the last frame.
477   * get_width(signal), get_height(signal): Width and height of the last *field*
478     (the field height is half of the frame height for an interlaced signal).
479   * get_interlaced(signal): Whether the last frame was interlaced.
480   * get_has_signal(signal): Whether there is a valid input signal.
481   * get_is_connected(signal): Whether there is even a card connected
482     to this signal (USB cards can be swapped in or out); if not,
483     you will get a stream of single-colored frames.
484   * get_frame_rate_nom(signal), get_frame_rate_den(signal): The frame rate
485     of the last frame, as a rational (e.g. 60/1, or 60000/1001 for 59.94).
486   * get_last_subtitle(signal): See :ref:`subtitle-ingest`.
487   * get_human_readable_resolution(signal): The resolution and frame rate in
488     human-readable form (e.g. “1080i59.94”), suitable for e.g. stream titles.
489     Note that Nageru does not follow the EBU recommendation of using
490     frame rate even for interlaced signals (e.g. “1080i25” instead of “1080i50”),
491     since it is little-used and confusing to most users.
492
493 You can use this either for display purposes, or for choosing the right
494 effect alternatives. In particular, you may want to disable scaling if
495 the frame is already of the correct resolution.