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         // Will stop the stream even if it's hung on blocking I/O.
  81         void disconnect()
  82         {
  83                 should_interrupt = true;
  84         }
  85
  86         // CaptureInterface.
  87         void set_video_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
  88         {
  89                 video_frame_allocator = allocator;
  90                 if (owned_video_frame_allocator.get() != allocator) {
  91                         owned_video_frame_allocator.reset();
  92                 }
  93         }
  94
  95         bmusb::FrameAllocator *get_video_frame_allocator() override
  96         {
  97                 return video_frame_allocator;
  98         }
  99
 100         // Does not take ownership.
 101         void set_audio_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
 102         {
 103                 audio_frame_allocator = allocator;
 104                 if (owned_audio_frame_allocator.get() != allocator) {
 105                         owned_audio_frame_allocator.reset();
 106                 }
 107         }
 108
 109         bmusb::FrameAllocator *get_audio_frame_allocator() override
 110         {
 111                 return audio_frame_allocator;
 112         }
 113
 114         // FFmpegCapture-specific overload of set_frame_callback that also gives
 115         // the raw original pts from the video. Negative pts means a dummy frame.
 116         typedef std::function<void(int64_t video_pts, AVRational video_timebase, int64_t audio_pts, AVRational audio_timebase,
 117                                    uint16_t timecode,
 118                                    bmusb::FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, bmusb::VideoFormat video_format,
 119                                    bmusb::FrameAllocator::Frame audio_frame, size_t audio_offset, bmusb::AudioFormat audio_format)>
 120                 frame_callback_t;
 121         void set_frame_callback(frame_callback_t callback)
 122         {
 123                 frame_callback = callback;
 124         }
 125
 126         void set_frame_callback(bmusb::frame_callback_t callback) override
 127         {
 128                 frame_callback = std::bind(
 129                         callback,
 130                         std::placeholders::_5,
 131                         std::placeholders::_6,
 132                         std::placeholders::_7,
 133                         std::placeholders::_8,
 134                         std::placeholders::_9,
 135                         std::placeholders::_10,
 136                         std::placeholders::_11);
 137         }
 138
 139         // FFmpegCapture-specific callback that gives the raw audio.
 140         typedef std::function<void(const AVPacket *pkt, const AVRational timebase)> audio_callback_t;
 141         void set_audio_callback(audio_callback_t callback)
 142         {
 143                 audio_callback = callback;
 144         }
 145
 146         // Used to get precise information about the Y'CbCr format used
 147         // for a given frame. Only valid to call during the frame callback,
 148         // and only when receiving a frame with pixel format PixelFormat_8BitYCbCrPlanar.
 149         movit::YCbCrFormat get_current_frame_ycbcr_format() const
 150         {
 151                 return current_frame_ycbcr_format;
 152         }
 153
 154         void set_dequeue_thread_callbacks(std::function<void()> init, std::function<void()> cleanup) override
 155         {
 156                 dequeue_init_callback = init;
 157                 dequeue_cleanup_callback = cleanup;
 158                 has_dequeue_callbacks = true;
 159         }
 160
 161         std::string get_description() const override
 162         {
 163                 return description;
 164         }
 165
 166         void configure_card() override;
 167         void start_bm_capture() override;
 168         void stop_dequeue_thread() override;
 169         bool get_disconnected() const override { return false; }  // We never unplug.
 170
 171         std::map<uint32_t, bmusb::VideoMode> get_available_video_modes() const override;
 172         void set_video_mode(uint32_t video_mode_id) override {}  // Ignore.
 173         uint32_t get_current_video_mode() const override { return 0; }
 174
 175         static constexpr bmusb::PixelFormat PixelFormat_NV12 = static_cast<bmusb::PixelFormat>(100);  // In the private range.
 176         std::set<bmusb::PixelFormat> get_available_pixel_formats() const override {
 177                 return std::set<bmusb::PixelFormat>{ bmusb::PixelFormat_8BitBGRA, bmusb::PixelFormat_8BitYCbCrPlanar, PixelFormat_NV12 };
 178         }
 179         void set_pixel_format(bmusb::PixelFormat pixel_format) override {
 180                 this->pixel_format = pixel_format;
 181         }
 182         bmusb::PixelFormat get_current_pixel_format() const override {
 183                 return pixel_format;
 184         }
 185
 186         std::map<uint32_t, std::string> get_available_video_inputs() const override {
 187                 return { { 0, "Auto" } }; }
 188         void set_video_input(uint32_t video_input_id) override {}  // Ignore.
 189         uint32_t get_current_video_input() const override { return 0; }
 190
 191         std::map<uint32_t, std::string> get_available_audio_inputs() const override {
 192                 return { { 0, "Embedded" } };
 193         }
 194         void set_audio_input(uint32_t audio_input_id) override {}  // Ignore.
 195         uint32_t get_current_audio_input() const override { return 0; }
 196
 197 private:
 198         void producer_thread_func();
 199         void send_disconnected_frame();
 200         bool play_video(const std::string &pathname);
 201         void internal_rewind();
 202
 203         // Returns true if there was an error.
 204         bool process_queued_commands(AVFormatContext *format_ctx, const std::string &pathname, timespec last_modified, bool *rewound);
 205
 206         // Returns nullptr if no frame was decoded (e.g. EOF).
 207         AVFrameWithDeleter decode_frame(AVFormatContext *format_ctx, AVCodecContext *video_codec_ctx, AVCodecContext *audio_codec_ctx,
 208                                         const std::string &pathname, int video_stream_index, int audio_stream_index,
 209                                         bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format, int64_t *audio_pts, bool *error);
 210         void convert_audio(const AVFrame *audio_avframe, bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format);
 211
 212         bmusb::VideoFormat construct_video_format(const AVFrame *frame, AVRational video_timebase);
 213         UniqueFrame make_video_frame(const AVFrame *frame, const std::string &pathname, bool *error);
 214
 215         static int interrupt_cb_thunk(void *unique);
 216         int interrupt_cb();
 217
 218         std::string description, filename;
 219         uint16_t timecode = 0;
 220         unsigned width, height;
 221         bmusb::PixelFormat pixel_format = bmusb::PixelFormat_8BitBGRA;
 222         movit::YCbCrFormat current_frame_ycbcr_format;
 223         bool running = false;
 224         int card_index = -1;
 225         double rate = 1.0;
 226         std::atomic<bool> should_interrupt{false};
 227         bool last_frame_was_connected = true;
 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, last_frame;
 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)