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 }
  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         // CaptureInterface.
  81         void set_video_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
  82         {
  83                 video_frame_allocator = allocator;
  84                 if (owned_video_frame_allocator.get() != allocator) {
  85                         owned_video_frame_allocator.reset();
  86                 }
  87         }
  88
  89         bmusb::FrameAllocator *get_video_frame_allocator() override
  90         {
  91                 return video_frame_allocator;
  92         }
  93
  94         // Does not take ownership.
  95         void set_audio_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
  96         {
  97                 audio_frame_allocator = allocator;
  98                 if (owned_audio_frame_allocator.get() != allocator) {
  99                         owned_audio_frame_allocator.reset();
 100                 }
 101         }
 102
 103         bmusb::FrameAllocator *get_audio_frame_allocator() override
 104         {
 105                 return audio_frame_allocator;
 106         }
 107
 108         // FFmpegCapture-specific overload of set_frame_callback that also gives
 109         // the raw original pts from the video. Negative pts means a dummy frame.
 110         typedef std::function<void(int64_t video_pts, AVRational video_timebase, int64_t audio_pts, AVRational audio_timebase,
 111                                    uint16_t timecode,
 112                                    bmusb::FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, bmusb::VideoFormat video_format,
 113                                    bmusb::FrameAllocator::Frame audio_frame, size_t audio_offset, bmusb::AudioFormat audio_format)>
 114                 frame_callback_t;
 115         void set_frame_callback(frame_callback_t callback)
 116         {
 117                 frame_callback = callback;
 118         }
 119
 120         void set_frame_callback(bmusb::frame_callback_t callback) override
 121         {
 122                 frame_callback = std::bind(
 123                         callback,
 124                         std::placeholders::_5,
 125                         std::placeholders::_6,
 126                         std::placeholders::_7,
 127                         std::placeholders::_8,
 128                         std::placeholders::_9,
 129                         std::placeholders::_10,
 130                         std::placeholders::_11);
 131         }
 132
 133         // FFmpegCapture-specific callback that gives the raw audio.
 134         typedef std::function<void(const AVPacket *pkt, const AVRational timebase)> audio_callback_t;
 135         void set_audio_callback(audio_callback_t callback)
 136         {
 137                 audio_callback = callback;
 138         }
 139
 140         // Used to get precise information about the Y'CbCr format used
 141         // for a given frame. Only valid to call during the frame callback,
 142         // and only when receiving a frame with pixel format PixelFormat_8BitYCbCrPlanar.
 143         movit::YCbCrFormat get_current_frame_ycbcr_format() const
 144         {
 145                 return current_frame_ycbcr_format;
 146         }
 147
 148         void set_dequeue_thread_callbacks(std::function<void()> init, std::function<void()> cleanup) override
 149         {
 150                 dequeue_init_callback = init;
 151                 dequeue_cleanup_callback = cleanup;
 152                 has_dequeue_callbacks = true;
 153         }
 154
 155         std::string get_description() const override
 156         {
 157                 return description;
 158         }
 159
 160         void configure_card() override;
 161         void start_bm_capture() override;
 162         void stop_dequeue_thread() override;
 163         bool get_disconnected() const override { return false; }  // We never unplug.
 164
 165         std::map<uint32_t, bmusb::VideoMode> get_available_video_modes() const override;
 166         void set_video_mode(uint32_t video_mode_id) override {}  // Ignore.
 167         uint32_t get_current_video_mode() const override { return 0; }
 168
 169         static constexpr bmusb::PixelFormat PixelFormat_NV12 = static_cast<bmusb::PixelFormat>(100);  // In the private range.
 170         std::set<bmusb::PixelFormat> get_available_pixel_formats() const override {
 171                 return std::set<bmusb::PixelFormat>{ bmusb::PixelFormat_8BitBGRA, bmusb::PixelFormat_8BitYCbCrPlanar, PixelFormat_NV12 };
 172         }
 173         void set_pixel_format(bmusb::PixelFormat pixel_format) override {
 174                 this->pixel_format = pixel_format;
 175         }
 176         bmusb::PixelFormat get_current_pixel_format() const override {
 177                 return pixel_format;
 178         }
 179
 180         std::map<uint32_t, std::string> get_available_video_inputs() const override {
 181                 return { { 0, "Auto" } }; }
 182         void set_video_input(uint32_t video_input_id) override {}  // Ignore.
 183         uint32_t get_current_video_input() const override { return 0; }
 184
 185         std::map<uint32_t, std::string> get_available_audio_inputs() const override {
 186                 return { { 0, "Embedded" } };
 187         }
 188         void set_audio_input(uint32_t audio_input_id) override {}  // Ignore.
 189         uint32_t get_current_audio_input() const override { return 0; }
 190
 191 private:
 192         void producer_thread_func();
 193         void send_disconnected_frame();
 194         bool play_video(const std::string &pathname);
 195         void internal_rewind();
 196
 197         // Returns true if there was an error.
 198         bool process_queued_commands(AVFormatContext *format_ctx, const std::string &pathname, timespec last_modified, bool *rewound);
 199
 200         // Returns nullptr if no frame was decoded (e.g. EOF).
 201         AVFrameWithDeleter decode_frame(AVFormatContext *format_ctx, AVCodecContext *video_codec_ctx, AVCodecContext *audio_codec_ctx,
 202                                         const std::string &pathname, int video_stream_index, int audio_stream_index,
 203                                         bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format, int64_t *audio_pts, bool *error);
 204         void convert_audio(const AVFrame *audio_avframe, bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format);
 205
 206         bmusb::VideoFormat construct_video_format(const AVFrame *frame, AVRational video_timebase);
 207         UniqueFrame make_video_frame(const AVFrame *frame, const std::string &pathname, bool *error);
 208
 209         std::string description, filename;
 210         uint16_t timecode = 0;
 211         unsigned width, height;
 212         bmusb::PixelFormat pixel_format = bmusb::PixelFormat_8BitBGRA;
 213         movit::YCbCrFormat current_frame_ycbcr_format;
 214         bool running = false;
 215         int card_index = -1;
 216         double rate = 1.0;
 217
 218         bool has_dequeue_callbacks = false;
 219         std::function<void()> dequeue_init_callback = nullptr;
 220         std::function<void()> dequeue_cleanup_callback = nullptr;
 221
 222         bmusb::FrameAllocator *video_frame_allocator = nullptr;
 223         bmusb::FrameAllocator *audio_frame_allocator = nullptr;
 224         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_video_frame_allocator;
 225         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_audio_frame_allocator;
 226         frame_callback_t frame_callback = nullptr;
 227         audio_callback_t audio_callback = nullptr;
 228
 229         SwsContextWithDeleter sws_ctx;
 230         int sws_last_width = -1, sws_last_height = -1, sws_last_src_format = -1;
 231         AVPixelFormat sws_dst_format = AVPixelFormat(-1);  // In practice, always initialized.
 232         AVRational video_timebase, audio_timebase;
 233
 234         QuittableSleeper producer_thread_should_quit;
 235         std::thread producer_thread;
 236
 237         int64_t pts_origin, last_pts;
 238         std::chrono::steady_clock::time_point start, next_frame_start;
 239
 240         std::mutex queue_mu;
 241         struct QueuedCommand {
 242                 enum Command { REWIND, CHANGE_RATE } command;
 243                 double new_rate;  // For CHANGE_RATE.
 244         };
 245         std::vector<QueuedCommand> command_queue;  // Protected by <queue_mu>.
 246
 247         // Audio resampler.
 248         AVAudioResampleContext *resampler = nullptr;
 249         AVSampleFormat last_src_format, last_dst_format;
 250         int64_t last_channel_layout;
 251         int last_sample_rate;
 252
 253 };
 254
 255 #endif  // !defined(_FFMPEG_CAPTURE_H)