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 // There is currently no audio support.
  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 <libavutil/pixfmt.h>
  35 #include <libavutil/rational.h>
  36 }
  37
  38 #include "bmusb/bmusb.h"
  39 #include "ffmpeg_raii.h"
  40 #include "quittable_sleeper.h"
  41
  42 struct AVFormatContext;
  43 struct AVFrame;
  44 struct AVRational;
  45 struct AVPacket;
  46
  47 class FFmpegCapture : public bmusb::CaptureInterface
  48 {
  49 public:
  50         FFmpegCapture(const std::string &filename, unsigned width, unsigned height);
  51         ~FFmpegCapture();
  52
  53         void set_card_index(int card_index)
  54         {
  55                 this->card_index = card_index;
  56         }
  57
  58         int get_card_index() const
  59         {
  60                 return card_index;
  61         }
  62
  63         void rewind()
  64         {
  65                 std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mu);
  66                 command_queue.push_back(QueuedCommand { QueuedCommand::REWIND });
  67                 producer_thread_should_quit.wakeup();
  68         }
  69
  70         void change_rate(double new_rate)
  71         {
  72                 std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mu);
  73                 command_queue.push_back(QueuedCommand { QueuedCommand::CHANGE_RATE, new_rate });
  74                 producer_thread_should_quit.wakeup();
  75         }
  76
  77         // CaptureInterface.
  78         void set_video_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
  79         {
  80                 video_frame_allocator = allocator;
  81                 if (owned_video_frame_allocator.get() != allocator) {
  82                         owned_video_frame_allocator.reset();
  83                 }
  84         }
  85
  86         bmusb::FrameAllocator *get_video_frame_allocator() override
  87         {
  88                 return video_frame_allocator;
  89         }
  90
  91         // Does not take ownership.
  92         void set_audio_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
  93         {
  94                 audio_frame_allocator = allocator;
  95                 if (owned_audio_frame_allocator.get() != allocator) {
  96                         owned_audio_frame_allocator.reset();
  97                 }
  98         }
  99
 100         bmusb::FrameAllocator *get_audio_frame_allocator() override
 101         {
 102                 return audio_frame_allocator;
 103         }
 104
 105         // FFmpegCapture-specific overload of set_frame_callback that also gives
 106         // the raw original pts from the video. Negative pts means a dummy frame.
 107         typedef std::function<void(int64_t pts, AVRational timebase, uint16_t timecode,
 108                                    bmusb::FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, bmusb::VideoFormat video_format,
 109                                    bmusb::FrameAllocator::Frame audio_frame, size_t audio_offset, bmusb::AudioFormat audio_format)>
 110                 frame_callback_t;
 111         void set_frame_callback(frame_callback_t callback)
 112         {
 113                 frame_callback = callback;
 114         }
 115
 116         void set_frame_callback(bmusb::frame_callback_t callback) override
 117         {
 118                 frame_callback = std::bind(
 119                         callback,
 120                         std::placeholders::_3,
 121                         std::placeholders::_4,
 122                         std::placeholders::_5,
 123                         std::placeholders::_6,
 124                         std::placeholders::_7,
 125                         std::placeholders::_8,
 126                         std::placeholders::_9);
 127         }
 128
 129         // FFmpegCapture-specific callback that gives the raw audio.
 130         typedef std::function<void(const AVPacket *pkt, const AVRational timebase)> audio_callback_t;
 131         void set_audio_callback(audio_callback_t callback)
 132         {
 133                 audio_callback = callback;
 134         }
 135
 136         // Used to get precise information about the Y'CbCr format used
 137         // for a given frame. Only valid to call during the frame callback,
 138         // and only when receiving a frame with pixel format PixelFormat_8BitYCbCrPlanar.
 139         movit::YCbCrFormat get_current_frame_ycbcr_format() const
 140         {
 141                 return current_frame_ycbcr_format;
 142         }
 143
 144         void set_dequeue_thread_callbacks(std::function<void()> init, std::function<void()> cleanup) override
 145         {
 146                 dequeue_init_callback = init;
 147                 dequeue_cleanup_callback = cleanup;
 148                 has_dequeue_callbacks = true;
 149         }
 150
 151         std::string get_description() const override
 152         {
 153                 return description;
 154         }
 155
 156         void configure_card() override;
 157         void start_bm_capture() override;
 158         void stop_dequeue_thread() override;
 159         bool get_disconnected() const override { return false; }  // We never unplug.
 160
 161         std::map<uint32_t, bmusb::VideoMode> get_available_video_modes() const override;
 162         void set_video_mode(uint32_t video_mode_id) override {}  // Ignore.
 163         uint32_t get_current_video_mode() const override { return 0; }
 164
 165         static constexpr bmusb::PixelFormat PixelFormat_NV12 = static_cast<bmusb::PixelFormat>(100);  // In the private range.
 166         std::set<bmusb::PixelFormat> get_available_pixel_formats() const override {
 167                 return std::set<bmusb::PixelFormat>{ bmusb::PixelFormat_8BitBGRA, bmusb::PixelFormat_8BitYCbCrPlanar, PixelFormat_NV12 };
 168         }
 169         void set_pixel_format(bmusb::PixelFormat pixel_format) override {
 170                 this->pixel_format = pixel_format;
 171         }
 172         bmusb::PixelFormat get_current_pixel_format() const override {
 173                 return pixel_format;
 174         }
 175
 176         std::map<uint32_t, std::string> get_available_video_inputs() const override {
 177                 return { { 0, "Auto" } }; }
 178         void set_video_input(uint32_t video_input_id) override {}  // Ignore.
 179         uint32_t get_current_video_input() const override { return 0; }
 180
 181         std::map<uint32_t, std::string> get_available_audio_inputs() const override {
 182                 return { { 0, "Embedded" } };
 183         }
 184         void set_audio_input(uint32_t audio_input_id) override {}  // Ignore.
 185         uint32_t get_current_audio_input() const override { return 0; }
 186
 187 private:
 188         void producer_thread_func();
 189         void send_disconnected_frame();
 190         bool play_video(const std::string &pathname);
 191         void internal_rewind();
 192
 193         // Returns true if there was an error.
 194         bool process_queued_commands(AVFormatContext *format_ctx, const std::string &pathname, timespec last_modified, bool *rewound);
 195
 196         // Returns nullptr if no frame was decoded (e.g. EOF).
 197         AVFrameWithDeleter decode_frame(AVFormatContext *format_ctx, AVCodecContext *codec_ctx, const std::string &pathname, int video_stream_index, int audio_stream_index, bool *error);
 198
 199         bmusb::VideoFormat construct_video_format(const AVFrame *frame, AVRational video_timebase);
 200         bmusb::FrameAllocator::Frame make_video_frame(const AVFrame *frame, const std::string &pathname, bool *error);
 201
 202         std::string description, filename;
 203         uint16_t timecode = 0;
 204         unsigned width, height;
 205         bmusb::PixelFormat pixel_format = bmusb::PixelFormat_8BitBGRA;
 206         movit::YCbCrFormat current_frame_ycbcr_format;
 207         bool running = false;
 208         int card_index = -1;
 209         double rate = 1.0;
 210
 211         bool has_dequeue_callbacks = false;
 212         std::function<void()> dequeue_init_callback = nullptr;
 213         std::function<void()> dequeue_cleanup_callback = nullptr;
 214
 215         bmusb::FrameAllocator *video_frame_allocator = nullptr;
 216         bmusb::FrameAllocator *audio_frame_allocator = nullptr;
 217         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_video_frame_allocator;
 218         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_audio_frame_allocator;
 219         frame_callback_t frame_callback = nullptr;
 220         audio_callback_t audio_callback = nullptr;
 221
 222         SwsContextWithDeleter sws_ctx;
 223         int sws_last_width = -1, sws_last_height = -1, sws_last_src_format = -1;
 224         AVPixelFormat sws_dst_format = AVPixelFormat(-1);  // In practice, always initialized.
 225         AVRational video_timebase;
 226
 227         QuittableSleeper producer_thread_should_quit;
 228         std::thread producer_thread;
 229
 230         int64_t pts_origin, last_pts;
 231         std::chrono::steady_clock::time_point start, next_frame_start;
 232
 233         std::mutex queue_mu;
 234         struct QueuedCommand {
 235                 enum Command { REWIND, CHANGE_RATE } command;
 236                 double new_rate;  // For CHANGE_RATE.
 237         };
 238         std::vector<QueuedCommand> command_queue;  // Protected by <queue_mu>.
 239 };
 240
 241 #endif  // !defined(_FFMPEG_CAPTURE_H)