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 "quittable_sleeper.h"
  43
  44 struct AVFormatContext;
  45 struct AVFrame;
  46 struct AVRational;
  47 struct AVPacket;
  48
  49 class FFmpegCapture : public bmusb::CaptureInterface
  50 {
  51 public:
  52         FFmpegCapture(const std::string &filename, unsigned width, unsigned height);
  53         ~FFmpegCapture();
  54
  55         void set_card_index(int card_index)
  56         {
  57                 this->card_index = card_index;
  58         }
  59
  60         int get_card_index() const
  61         {
  62                 return card_index;
  63         }
  64
  65         void rewind()
  66         {
  67                 std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mu);
  68                 command_queue.push_back(QueuedCommand { QueuedCommand::REWIND });
  69                 producer_thread_should_quit.wakeup();
  70         }
  71
  72         void change_rate(double new_rate)
  73         {
  74                 std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mu);
  75                 command_queue.push_back(QueuedCommand { QueuedCommand::CHANGE_RATE, new_rate });
  76                 producer_thread_should_quit.wakeup();
  77         }
  78
  79         // CaptureInterface.
  80         void set_video_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
  81         {
  82                 video_frame_allocator = allocator;
  83                 if (owned_video_frame_allocator.get() != allocator) {
  84                         owned_video_frame_allocator.reset();
  85                 }
  86         }
  87
  88         bmusb::FrameAllocator *get_video_frame_allocator() override
  89         {
  90                 return video_frame_allocator;
  91         }
  92
  93         // Does not take ownership.
  94         void set_audio_frame_allocator(bmusb::FrameAllocator *allocator) override
  95         {
  96                 audio_frame_allocator = allocator;
  97                 if (owned_audio_frame_allocator.get() != allocator) {
  98                         owned_audio_frame_allocator.reset();
  99                 }
 100         }
 101
 102         bmusb::FrameAllocator *get_audio_frame_allocator() override
 103         {
 104                 return audio_frame_allocator;
 105         }
 106
 107         // FFmpegCapture-specific overload of set_frame_callback that also gives
 108         // the raw original pts from the video. Negative pts means a dummy frame.
 109         typedef std::function<void(int64_t pts, AVRational timebase, uint16_t timecode,
 110                                    bmusb::FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, bmusb::VideoFormat video_format,
 111                                    bmusb::FrameAllocator::Frame audio_frame, size_t audio_offset, bmusb::AudioFormat audio_format)>
 112                 frame_callback_t;
 113         void set_frame_callback(frame_callback_t callback)
 114         {
 115                 frame_callback = callback;
 116         }
 117
 118         void set_frame_callback(bmusb::frame_callback_t callback) override
 119         {
 120                 frame_callback = std::bind(
 121                         callback,
 122                         std::placeholders::_3,
 123                         std::placeholders::_4,
 124                         std::placeholders::_5,
 125                         std::placeholders::_6,
 126                         std::placeholders::_7,
 127                         std::placeholders::_8,
 128                         std::placeholders::_9);
 129         }
 130
 131         // FFmpegCapture-specific callback that gives the raw audio.
 132         typedef std::function<void(const AVPacket *pkt, const AVRational timebase)> audio_callback_t;
 133         void set_audio_callback(audio_callback_t callback)
 134         {
 135                 audio_callback = callback;
 136         }
 137
 138         // Used to get precise information about the Y'CbCr format used
 139         // for a given frame. Only valid to call during the frame callback,
 140         // and only when receiving a frame with pixel format PixelFormat_8BitYCbCrPlanar.
 141         movit::YCbCrFormat get_current_frame_ycbcr_format() const
 142         {
 143                 return current_frame_ycbcr_format;
 144         }
 145
 146         void set_dequeue_thread_callbacks(std::function<void()> init, std::function<void()> cleanup) override
 147         {
 148                 dequeue_init_callback = init;
 149                 dequeue_cleanup_callback = cleanup;
 150                 has_dequeue_callbacks = true;
 151         }
 152
 153         std::string get_description() const override
 154         {
 155                 return description;
 156         }
 157
 158         void configure_card() override;
 159         void start_bm_capture() override;
 160         void stop_dequeue_thread() override;
 161         bool get_disconnected() const override { return false; }  // We never unplug.
 162
 163         std::map<uint32_t, bmusb::VideoMode> get_available_video_modes() const override;
 164         void set_video_mode(uint32_t video_mode_id) override {}  // Ignore.
 165         uint32_t get_current_video_mode() const override { return 0; }
 166
 167         static constexpr bmusb::PixelFormat PixelFormat_NV12 = static_cast<bmusb::PixelFormat>(100);  // In the private range.
 168         std::set<bmusb::PixelFormat> get_available_pixel_formats() const override {
 169                 return std::set<bmusb::PixelFormat>{ bmusb::PixelFormat_8BitBGRA, bmusb::PixelFormat_8BitYCbCrPlanar, PixelFormat_NV12 };
 170         }
 171         void set_pixel_format(bmusb::PixelFormat pixel_format) override {
 172                 this->pixel_format = pixel_format;
 173         }
 174         bmusb::PixelFormat get_current_pixel_format() const override {
 175                 return pixel_format;
 176         }
 177
 178         std::map<uint32_t, std::string> get_available_video_inputs() const override {
 179                 return { { 0, "Auto" } }; }
 180         void set_video_input(uint32_t video_input_id) override {}  // Ignore.
 181         uint32_t get_current_video_input() const override { return 0; }
 182
 183         std::map<uint32_t, std::string> get_available_audio_inputs() const override {
 184                 return { { 0, "Embedded" } };
 185         }
 186         void set_audio_input(uint32_t audio_input_id) override {}  // Ignore.
 187         uint32_t get_current_audio_input() const override { return 0; }
 188
 189 private:
 190         void producer_thread_func();
 191         void send_disconnected_frame();
 192         bool play_video(const std::string &pathname);
 193         void internal_rewind();
 194
 195         // Returns true if there was an error.
 196         bool process_queued_commands(AVFormatContext *format_ctx, const std::string &pathname, timespec last_modified, bool *rewound);
 197
 198         // Returns nullptr if no frame was decoded (e.g. EOF).
 199         AVFrameWithDeleter decode_frame(AVFormatContext *format_ctx, AVCodecContext *video_codec_ctx, AVCodecContext *audio_codec_ctx,
 200                                         const std::string &pathname, int video_stream_index, int audio_stream_index,
 201                                         bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format, bool *error);
 202         void convert_audio(const AVFrame *audio_avframe, bmusb::FrameAllocator::Frame *audio_frame, bmusb::AudioFormat *audio_format);
 203
 204         bmusb::VideoFormat construct_video_format(const AVFrame *frame, AVRational video_timebase);
 205         bmusb::FrameAllocator::Frame make_video_frame(const AVFrame *frame, const std::string &pathname, bool *error);
 206
 207         std::string description, filename;
 208         uint16_t timecode = 0;
 209         unsigned width, height;
 210         bmusb::PixelFormat pixel_format = bmusb::PixelFormat_8BitBGRA;
 211         movit::YCbCrFormat current_frame_ycbcr_format;
 212         bool running = false;
 213         int card_index = -1;
 214         double rate = 1.0;
 215
 216         bool has_dequeue_callbacks = false;
 217         std::function<void()> dequeue_init_callback = nullptr;
 218         std::function<void()> dequeue_cleanup_callback = nullptr;
 219
 220         bmusb::FrameAllocator *video_frame_allocator = nullptr;
 221         bmusb::FrameAllocator *audio_frame_allocator = nullptr;
 222         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_video_frame_allocator;
 223         std::unique_ptr<bmusb::FrameAllocator> owned_audio_frame_allocator;
 224         frame_callback_t frame_callback = nullptr;
 225         audio_callback_t audio_callback = nullptr;
 226
 227         SwsContextWithDeleter sws_ctx;
 228         int sws_last_width = -1, sws_last_height = -1, sws_last_src_format = -1;
 229         AVPixelFormat sws_dst_format = AVPixelFormat(-1);  // In practice, always initialized.
 230         AVRational video_timebase, audio_timebase;
 231
 232         QuittableSleeper producer_thread_should_quit;
 233         std::thread producer_thread;
 234
 235         int64_t pts_origin, last_pts;
 236         std::chrono::steady_clock::time_point start, next_frame_start;
 237
 238         std::mutex queue_mu;
 239         struct QueuedCommand {
 240                 enum Command { REWIND, CHANGE_RATE } command;
 241                 double new_rate;  // For CHANGE_RATE.
 242         };
 243         std::vector<QueuedCommand> command_queue;  // Protected by <queue_mu>.
 244
 245         // Audio resampler.
 246         AVAudioResampleContext *resampler = nullptr;
 247         AVSampleFormat last_src_format, last_dst_format;
 248         int64_t last_channel_layout;
 249         int last_sample_rate;
 250
 251 };
 252
 253 #endif  // !defined(_FFMPEG_CAPTURE_H)