git.sesse.net Git - nageru/blob - ffmpeg_capture.h

   1 #ifndef _FFMPEG_CAPTURE_H
   2 #define _FFMPEG_CAPTURE_H 1
   3
   4 // FFmpegCapture looks much like a capture card, but the frames it spits out
   5 // come from a video in real time, looping. Because it decodes the video using
   6 // FFmpeg (thus the name), this means it can handle a very wide array of video
   7 // formats, and also things like network streaming and V4L capture, but it is
   8 // also significantly less integrated and optimized than the regular capture
   9 // cards. In particular, the frames are always scaled and converted to 8-bit
  10 // RGBA on the CPU before being sent on to the GPU.
  11 //
  12 // Since we don't really know much about the video when building the chains,
  13 // there are some limitations. In particular, frames are always assumed to be
  14 // sRGB even if the video container says something else. We could probably
  15 // try to load the video on startup and pick out the parameters at that point,
  16 // but it would require some more plumbing, and it would also fail if the file
  17 // changes parameters midway, which is allowed in some formats.
  18 //
  19 // You can get out the audio either as decoded or in raw form (Kaeru uses this).
  20 // However, the rest of Nageru can't really use the audio for anything yet.
  21
  22 #include <assert.h>
  23 #include <stdint.h>
  24 #include <functional>
  25 #include <map>
  26 #include <memory>
  27 #include <mutex>
  28 #include <set>
  29 #include <string>
  30 #include <thread>
  31
  32 #include <movit/ycbcr.h>
  33
  34 extern "C" {
  35 #include <libavresample/avresample.h>
  36 #include <libavutil/pixfmt.h>
  37 #include <libavutil/rational.h>
  38 #include <libavutil/samplefmt.h>
  39 }
  40
  41 #include "bmusb/bmusb.h"
  42 #include "ffmpeg_raii.h"
  43 #include "ref_counted_frame.h"
  44 #include "quittable_sleeper.h"
  45
  46 struct AVFormatContext;
  47 struct AVFrame;
  48 struct AVRational;
  49 struct AVPacket;
  50
  51 class FFmpegCapture : public bmusb::CaptureInterface
  52 {
  53 public:
  54         FFmpegCapture(const std::string &filename, unsigned width, unsigned height);
  55         ~FFmpegCapture();
  56
  57         void set_card_index(int card_index)
  58         {
  59                 this->card_index = card_index;
  60         }
  61
  62         int get_card_index() const
  63         {
  64                 return card_index;
  65         }
  66
  67         void rewind()
  68         {
  69                 std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mu);
  70                 command_queue.push_back(QueuedCommand { QueuedCommand::REWIND });
  71                 producer_thread_should_quit.wakeup();
  72         }
  73
  74         void change_rate(double new_rate)
  75         {
  76                 std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mu);
  77                 command_queue.push_back(QueuedCommand { QueuedCommand::CHANGE_RATE, new_rate });
  78                 producer_thread_should_quit.wakeup();
  79         }
  80
  81         // Will stop the stream even if it's hung on blocking I/O.
  82         void disconnect()
  83         {
  84                 should_interrupt = true;
  85         }
  86
  87         // CaptureInterface.
  88         void set_video_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
  89         {
  90                 video_frame_allocator = allocator;
  91                 if (owned_video_frame_allocator.get() != allocator) {
  92                         owned_video_frame_allocator.reset();
  93                 }
  94         }
  95
  96         bmusb::FrameAllocator *get_video_frame_allocator() override
  97         {
  98                 return video_frame_allocator;
  99         }
 100
 101         // Does not take ownership.
 102         void set_audio_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
 103         {
 104                 audio_frame_allocator = allocator;
 105                 if (owned_audio_frame_allocator.get() != allocator) {
 106                         owned_audio_frame_allocator.reset();
 107                 }
 108         }
 109
 110         bmusb::FrameAllocator *get_audio_frame_allocator() override
 111         {
 112                 return audio_frame_allocator;
 113         }
 114
 115         // FFmpegCapture-specific overload of set_frame_callback that also gives
 116         // the raw original pts from the video. Negative pts means a dummy frame.
 117         typedef std::function<void(int64_t video_pts, AVRational video_timebase, int64_t audio_pts, AVRational audio_timebase,
 118                                    uint16_t timecode,
 119                                    bmusb::FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, bmusb::VideoFormat video_format,
 120                                    bmusb::FrameAllocator::Frame audio_frame, size_t audio_offset, bmusb::AudioFormat audio_format)>
 121                 frame_callback_t;
 122         void set_frame_callback(frame_callback_t callback)
 123         {
 124                 frame_callback = callback;
 125         }
 126
 127         void set_frame_callback(bmusb::frame_callback_t callback) override
 128         {
 129                 frame_callback = std::bind(
 130                         callback,
 131                         std::placeholders::_5,
 132                         std::placeholders::_6,
 133                         std::placeholders::_7,
 134                         std::placeholders::_8,
 135                         std::placeholders::_9,
 136                         std::placeholders::_10,
 137                         std::placeholders::_11);
 138         }
 139
 140         // FFmpegCapture-specific callback that gives the raw audio.
 141         typedef std::function<void(const AVPacket *pkt, const AVRational timebase)> audio_callback_t;
 142         void set_audio_callback(audio_callback_t callback)
 143         {
 144                 audio_callback = callback;
 145         }
 146
 147         // Used to get precise information about the Y'CbCr format used
 148         // for a given frame. Only valid to call during the frame callback,
 149         // and only when receiving a frame with pixel format PixelFormat_8BitYCbCrPlanar.
 150         movit::YCbCrFormat get_current_frame_ycbcr_format() const
 151         {
 152                 return current_frame_ycbcr_format;
 153         }
 154
 155         void set_dequeue_thread_callbacks(std::function<void()> init, std::function<void()> cleanup) override
 156         {
 157                 dequeue_init_callback = init;
 158                 dequeue_cleanup_callback = cleanup;
 159                 has_dequeue_callbacks = true;
 160         }
 161
 162         std::string get_description() const override
 163         {
 164                 return description;
 165         }
 166
 167         void configure_card() override;
 168         void start_bm_capture() override;
 169         void stop_dequeue_thread() override;
 170         bool get_disconnected() const override { return false; }  // We never unplug.
 171
 172         std::map<uint32_t, bmusb::VideoMode> get_available_video_modes() const override;
 173         void set_video_mode(uint32_t video_mode_id) override {}  // Ignore.
 174         uint32_t get_current_video_mode() const override { return 0; }
 175
 176         static constexpr bmusb::PixelFormat PixelFormat_NV12 = static_cast<bmusb::PixelFormat>(100);  // In the private range.
 177         std::set<bmusb::PixelFormat> get_available_pixel_formats() const override {
 178                 return std::set<bmusb::PixelFormat>{ bmusb::PixelFormat_8BitBGRA, bmusb::PixelFormat_8BitYCbCrPlanar, PixelFormat_NV12 };
 179         }
 180         void set_pixel_format(bmusb::PixelFormat pixel_format) override {
 181                 this->pixel_format = pixel_format;
 182         }
 183         bmusb::PixelFormat get_current_pixel_format() const override {
 184                 return pixel_format;
 185         }
 186
 187         std::map<uint32_t, std::string> get_available_video_inputs() const override {
 188                 return { { 0, "Auto" } }; }
 189         void set_video_input(uint32_t video_input_id) override {}  // Ignore.
 190         uint32_t get_current_video_input() const override { return 0; }
 191
 192         std::map<uint32_t, std::string> get_available_audio_inputs() const override {
 193                 return { { 0, "Embedded" } };
 194         }
 195         void set_audio_input(uint32_t audio_input_id) override {}  // Ignore.
 196         uint32_t get_current_audio_input() const override { return 0; }
 197
 198 private:
 199         void producer_thread_func();
 200         void send_disconnected_frame();
 201         bool play_video(const std::string &pathname);
 202         void internal_rewind();
 203
 204         // Returns true if there was an error.
 205         bool process_queued_commands(AVFormatContext *format_ctx, const std::string &pathname, timespec last_modified, bool *rewound);
 206
 207         // Returns nullptr if no frame was decoded (e.g. EOF).
 208         AVFrameWithDeleter decode_frame(AVFormatContext *format_ctx, AVCodecContext *video_codec_ctx, AVCodecContext *audio_codec_ctx,
 209                                         const std::string &pathname, int video_stream_index, int audio_stream_index,
 210                                         bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format, int64_t *audio_pts, bool *error);
 211         void convert_audio(const AVFrame *audio_avframe, bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format);
 212
 213         bmusb::VideoFormat construct_video_format(const AVFrame *frame, AVRational video_timebase);
 214         UniqueFrame make_video_frame(const AVFrame *frame, const std::string &pathname, bool *error);
 215
 216         static int interrupt_cb_thunk(void *unique);
 217         int interrupt_cb();
 218
 219         std::string description, filename;
 220         uint16_t timecode = 0;
 221         unsigned width, height;
 222         bmusb::PixelFormat pixel_format = bmusb::PixelFormat_8BitBGRA;
 223         movit::YCbCrFormat current_frame_ycbcr_format;
 224         bool running = false;
 225         int card_index = -1;
 226         double rate = 1.0;
 227         std::atomic<bool> should_interrupt{false};
 228
 229         bool has_dequeue_callbacks = false;
 230         std::function<void()> dequeue_init_callback = nullptr;
 231         std::function<void()> dequeue_cleanup_callback = nullptr;
 232
 233         bmusb::FrameAllocator *video_frame_allocator = nullptr;
 234         bmusb::FrameAllocator *audio_frame_allocator = nullptr;
 235         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_video_frame_allocator;
 236         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_audio_frame_allocator;
 237         frame_callback_t frame_callback = nullptr;
 238         audio_callback_t audio_callback = nullptr;
 239
 240         SwsContextWithDeleter sws_ctx;
 241         int sws_last_width = -1, sws_last_height = -1, sws_last_src_format = -1;
 242         AVPixelFormat sws_dst_format = AVPixelFormat(-1);  // In practice, always initialized.
 243         AVRational video_timebase, audio_timebase;
 244
 245         QuittableSleeper producer_thread_should_quit;
 246         std::thread producer_thread;
 247
 248         int64_t pts_origin, last_pts;
 249         std::chrono::steady_clock::time_point start, next_frame_start;
 250
 251         std::mutex queue_mu;
 252         struct QueuedCommand {
 253                 enum Command { REWIND, CHANGE_RATE } command;
 254                 double new_rate;  // For CHANGE_RATE.
 255         };
 256         std::vector<QueuedCommand> command_queue;  // Protected by <queue_mu>.
 257
 258         // Audio resampler.
 259         AVAudioResampleContext *resampler = nullptr;
 260         AVSampleFormat last_src_format, last_dst_format;
 261         int64_t last_channel_layout;
 262         int last_sample_rate;
 263
 264 };
 265
 266 #endif  // !defined(_FFMPEG_CAPTURE_H)