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
  21 #include <assert.h>
  22 #include <stdint.h>
  23 #include <functional>
  24 #include <map>
  25 #include <memory>
  26 #include <mutex>
  27 #include <set>
  28 #include <string>
  29 #include <thread>
  30
  31 #include <movit/ycbcr.h>
  32
  33 extern "C" {
  34 #include <libavresample/avresample.h>
  35 #include <libavutil/pixfmt.h>
  36 #include <libavutil/rational.h>
  37 #include <libavutil/samplefmt.h>
  38 }
  39
  40 #include "bmusb/bmusb.h"
  41 #include "ffmpeg_raii.h"
  42 #include "ref_counted_frame.h"
  43 #include "quittable_sleeper.h"
  44
  45 struct AVFormatContext;
  46 struct AVFrame;
  47 struct AVRational;
  48 struct AVPacket;
  49
  50 class FFmpegCapture : public bmusb::CaptureInterface
  51 {
  52 public:
  53         FFmpegCapture(const std::string &filename, unsigned width, unsigned height);
  54         ~FFmpegCapture();
  55
  56         void set_card_index(int card_index)
  57         {
  58                 this->card_index = card_index;
  59         }
  60
  61         int get_card_index() const
  62         {
  63                 return card_index;
  64         }
  65
  66         void rewind()
  67         {
  68                 std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mu);
  69                 command_queue.push_back(QueuedCommand { QueuedCommand::REWIND });
  70                 producer_thread_should_quit.wakeup();
  71         }
  72
  73         void change_rate(double new_rate)
  74         {
  75                 std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mu);
  76                 command_queue.push_back(QueuedCommand { QueuedCommand::CHANGE_RATE, new_rate });
  77                 producer_thread_should_quit.wakeup();
  78         }
  79
  80         std::string get_filename() const
  81         {
  82                 std::lock_guard<std::mutex> lock(filename_mu);
  83                 return filename;
  84         }
  85
  86         void change_filename(const std::string &new_filename)
  87         {
  88                 std::lock_guard<std::mutex> lock(filename_mu);
  89                 filename = new_filename;
  90                 should_interrupt = true;
  91         }
  92
  93         // Will stop the stream even if it's hung on blocking I/O.
  94         void disconnect()
  95         {
  96                 should_interrupt = true;
  97         }
  98
  99         // CaptureInterface.
 100         void set_video_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
 101         {
 102                 video_frame_allocator = allocator;
 103                 if (owned_video_frame_allocator.get() != allocator) {
 104                         owned_video_frame_allocator.reset();
 105                 }
 106         }
 107
 108         bmusb::FrameAllocator *get_video_frame_allocator() override
 109         {
 110                 return video_frame_allocator;
 111         }
 112
 113         // Does not take ownership.
 114         void set_audio_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
 115         {
 116                 audio_frame_allocator = allocator;
 117                 if (owned_audio_frame_allocator.get() != allocator) {
 118                         owned_audio_frame_allocator.reset();
 119                 }
 120         }
 121
 122         bmusb::FrameAllocator *get_audio_frame_allocator() override
 123         {
 124                 return audio_frame_allocator;
 125         }
 126
 127         // FFmpegCapture-specific overload of set_frame_callback that also gives
 128         // the raw original pts from the video. Negative pts means a dummy frame.
 129         typedef std::function<void(int64_t video_pts, AVRational video_timebase, int64_t audio_pts, AVRational audio_timebase,
 130                                    uint16_t timecode,
 131                                    bmusb::FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, bmusb::VideoFormat video_format,
 132                                    bmusb::FrameAllocator::Frame audio_frame, size_t audio_offset, bmusb::AudioFormat audio_format)>
 133                 frame_callback_t;
 134         void set_frame_callback(frame_callback_t callback)
 135         {
 136                 frame_callback = callback;
 137         }
 138
 139         void set_frame_callback(bmusb::frame_callback_t callback) override
 140         {
 141                 frame_callback = std::bind(
 142                         callback,
 143                         std::placeholders::_5,
 144                         std::placeholders::_6,
 145                         std::placeholders::_7,
 146                         std::placeholders::_8,
 147                         std::placeholders::_9,
 148                         std::placeholders::_10,
 149                         std::placeholders::_11);
 150         }
 151
 152         // FFmpegCapture-specific callback that gives the raw audio.
 153         typedef std::function<void(const AVPacket *pkt, const AVRational timebase)> audio_callback_t;
 154         void set_audio_callback(audio_callback_t callback)
 155         {
 156                 audio_callback = callback;
 157         }
 158
 159         // Used to get precise information about the Y'CbCr format used
 160         // for a given frame. Only valid to call during the frame callback,
 161         // and only when receiving a frame with pixel format PixelFormat_8BitYCbCrPlanar.
 162         movit::YCbCrFormat get_current_frame_ycbcr_format() const
 163         {
 164                 return current_frame_ycbcr_format;
 165         }
 166
 167         void set_dequeue_thread_callbacks(std::function<void()> init, std::function<void()> cleanup) override
 168         {
 169                 dequeue_init_callback = init;
 170                 dequeue_cleanup_callback = cleanup;
 171                 has_dequeue_callbacks = true;
 172         }
 173
 174         std::string get_description() const override
 175         {
 176                 return description;
 177         }
 178
 179         void configure_card() override;
 180         void start_bm_capture() override;
 181         void stop_dequeue_thread() override;
 182         bool get_disconnected() const override { return false; }  // We never unplug.
 183
 184         std::map<uint32_t, bmusb::VideoMode> get_available_video_modes() const override;
 185         void set_video_mode(uint32_t video_mode_id) override {}  // Ignore.
 186         uint32_t get_current_video_mode() const override { return 0; }
 187
 188         static constexpr bmusb::PixelFormat PixelFormat_NV12 = static_cast<bmusb::PixelFormat>(100);  // In the private range.
 189         std::set<bmusb::PixelFormat> get_available_pixel_formats() const override {
 190                 return std::set<bmusb::PixelFormat>{ bmusb::PixelFormat_8BitBGRA, bmusb::PixelFormat_8BitYCbCrPlanar, PixelFormat_NV12 };
 191         }
 192         void set_pixel_format(bmusb::PixelFormat pixel_format) override {
 193                 this->pixel_format = pixel_format;
 194         }
 195         bmusb::PixelFormat get_current_pixel_format() const override {
 196                 return pixel_format;
 197         }
 198
 199         std::map<uint32_t, std::string> get_available_video_inputs() const override {
 200                 return { { 0, "Auto" } }; }
 201         void set_video_input(uint32_t video_input_id) override {}  // Ignore.
 202         uint32_t get_current_video_input() const override { return 0; }
 203
 204         std::map<uint32_t, std::string> get_available_audio_inputs() const override {
 205                 return { { 0, "Embedded" } };
 206         }
 207         void set_audio_input(uint32_t audio_input_id) override {}  // Ignore.
 208         uint32_t get_current_audio_input() const override { return 0; }
 209
 210 private:
 211         void producer_thread_func();
 212         void send_disconnected_frame();
 213         bool play_video(const std::string &pathname);
 214         void internal_rewind();
 215
 216         // Returns true if there was an error.
 217         bool process_queued_commands(AVFormatContext *format_ctx, const std::string &pathname, timespec last_modified, bool *rewound);
 218
 219         // Returns nullptr if no frame was decoded (e.g. EOF).
 220         AVFrameWithDeleter decode_frame(AVFormatContext *format_ctx, AVCodecContext *video_codec_ctx, AVCodecContext *audio_codec_ctx,
 221                                         const std::string &pathname, int video_stream_index, int audio_stream_index,
 222                                         bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format, int64_t *audio_pts, bool *error);
 223         void convert_audio(const AVFrame *audio_avframe, bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format);
 224
 225         bmusb::VideoFormat construct_video_format(const AVFrame *frame, AVRational video_timebase);
 226         UniqueFrame make_video_frame(const AVFrame *frame, const std::string &pathname, bool *error);
 227
 228         static int interrupt_cb_thunk(void *unique);
 229         int interrupt_cb();
 230
 231         mutable std::mutex filename_mu;
 232         std::string description, filename;
 233         uint16_t timecode = 0;
 234         unsigned width, height;
 235         bmusb::PixelFormat pixel_format = bmusb::PixelFormat_8BitBGRA;
 236         movit::YCbCrFormat current_frame_ycbcr_format;
 237         bool running = false;
 238         int card_index = -1;
 239         double rate = 1.0;
 240         std::atomic<bool> should_interrupt{false};
 241         bool last_frame_was_connected = true;
 242
 243         bool has_dequeue_callbacks = false;
 244         std::function<void()> dequeue_init_callback = nullptr;
 245         std::function<void()> dequeue_cleanup_callback = nullptr;
 246
 247         bmusb::FrameAllocator *video_frame_allocator = nullptr;
 248         bmusb::FrameAllocator *audio_frame_allocator = nullptr;
 249         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_video_frame_allocator;
 250         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_audio_frame_allocator;
 251         frame_callback_t frame_callback = nullptr;
 252         audio_callback_t audio_callback = nullptr;
 253
 254         SwsContextWithDeleter sws_ctx;
 255         int sws_last_width = -1, sws_last_height = -1, sws_last_src_format = -1;
 256         AVPixelFormat sws_dst_format = AVPixelFormat(-1);  // In practice, always initialized.
 257         AVRational video_timebase, audio_timebase;
 258
 259         QuittableSleeper producer_thread_should_quit;
 260         std::thread producer_thread;
 261
 262         int64_t pts_origin, last_pts;
 263         std::chrono::steady_clock::time_point start, next_frame_start, last_frame;
 264
 265         std::mutex queue_mu;
 266         struct QueuedCommand {
 267                 enum Command { REWIND, CHANGE_RATE } command;
 268                 double new_rate;  // For CHANGE_RATE.
 269         };
 270         std::vector<QueuedCommand> command_queue;  // Protected by <queue_mu>.
 271
 272         // Audio resampler.
 273         AVAudioResampleContext *resampler = nullptr;
 274         AVSampleFormat last_src_format, last_dst_format;
 275         int64_t last_channel_layout;
 276         int last_sample_rate;
 277
 278 };
 279
 280 #endif  // !defined(_FFMPEG_CAPTURE_H)