git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/v4l2_m2m_enc.c

   1 /*
   2  * V4L2 mem2mem encoders
   3  *
   4  * Copyright (C) 2017 Alexis Ballier <aballier@gentoo.org>
   5  * Copyright (C) 2017 Jorge Ramirez <jorge.ramirez-ortiz@linaro.org>
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include <linux/videodev2.h>
  25 #include <sys/ioctl.h>
  26 #include <search.h>
  27 #include "libavcodec/avcodec.h"
  28 #include "libavcodec/internal.h"
  29 #include "libavutil/pixdesc.h"
  30 #include "libavutil/pixfmt.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32 #include "v4l2_context.h"
  33 #include "v4l2_m2m.h"
  34 #include "v4l2_fmt.h"
  35
  36 #define MPEG_CID(x) V4L2_CID_MPEG_VIDEO_##x
  37 #define MPEG_VIDEO(x) V4L2_MPEG_VIDEO_##x
  38
  39 static inline void v4l2_set_timeperframe(V4L2m2mContext *s, unsigned int num, unsigned int den)
  40 {
  41     struct v4l2_streamparm parm = { 0 };
  42
  43     parm.type = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(s->output.type) ? V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT_MPLANE : V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT;
  44     parm.parm.output.timeperframe.denominator = den;
  45     parm.parm.output.timeperframe.numerator = num;
  46
  47     if (ioctl(s->fd, VIDIOC_S_PARM, &parm) < 0)
  48         av_log(s->avctx, AV_LOG_WARNING, "Failed to set timeperframe");
  49 }
  50
  51 static inline void v4l2_set_ext_ctrl(V4L2m2mContext *s, unsigned int id, signed int value, const char *name, int log_warning)
  52 {
  53     struct v4l2_ext_controls ctrls = { { 0 } };
  54     struct v4l2_ext_control ctrl = { 0 };
  55
  56     /* set ctrls */
  57     ctrls.ctrl_class = V4L2_CTRL_CLASS_MPEG;
  58     ctrls.controls = &ctrl;
  59     ctrls.count = 1;
  60
  61     /* set ctrl*/
  62     ctrl.value = value;
  63     ctrl.id = id;
  64
  65     if (ioctl(s->fd, VIDIOC_S_EXT_CTRLS, &ctrls) < 0)
  66         av_log(s->avctx, log_warning || errno != EINVAL ? AV_LOG_WARNING : AV_LOG_DEBUG,
  67                "Failed to set %s: %s\n", name, strerror(errno));
  68     else
  69         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "Encoder: %s = %d\n", name, value);
  70 }
  71
  72 static inline int v4l2_get_ext_ctrl(V4L2m2mContext *s, unsigned int id, signed int *value, const char *name, int log_warning)
  73 {
  74     struct v4l2_ext_controls ctrls = { { 0 } };
  75     struct v4l2_ext_control ctrl = { 0 };
  76     int ret;
  77
  78     /* set ctrls */
  79     ctrls.ctrl_class = V4L2_CTRL_CLASS_MPEG;
  80     ctrls.controls = &ctrl;
  81     ctrls.count = 1;
  82
  83     /* set ctrl*/
  84     ctrl.id = id ;
  85
  86     ret = ioctl(s->fd, VIDIOC_G_EXT_CTRLS, &ctrls);
  87     if (ret < 0) {
  88         av_log(s->avctx, log_warning || errno != EINVAL ? AV_LOG_WARNING : AV_LOG_DEBUG,
  89                "Failed to get %s\n", name);
  90         return ret;
  91     }
  92
  93     *value = ctrl.value;
  94
  95     return 0;
  96 }
  97
  98 static inline unsigned int v4l2_h264_profile_from_ff(int p)
  99 {
 100     static const struct h264_profile  {
 101         unsigned int ffmpeg_val;
 102         unsigned int v4l2_val;
 103     } profile[] = {
 104         { FF_PROFILE_H264_CONSTRAINED_BASELINE, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_CONSTRAINED_BASELINE) },
 105         { FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_444_PREDICTIVE) },
 106         { FF_PROFILE_H264_HIGH_422_INTRA, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_422_INTRA) },
 107         { FF_PROFILE_H264_HIGH_444_INTRA, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_444_INTRA) },
 108         { FF_PROFILE_H264_HIGH_10_INTRA, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_10_INTRA) },
 109         { FF_PROFILE_H264_HIGH_422, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_422) },
 110         { FF_PROFILE_H264_BASELINE, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_BASELINE) },
 111         { FF_PROFILE_H264_EXTENDED, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_EXTENDED) },
 112         { FF_PROFILE_H264_HIGH_10, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_10) },
 113         { FF_PROFILE_H264_MAIN, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_MAIN) },
 114         { FF_PROFILE_H264_HIGH, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH) },
 115     };
 116     int i;
 117
 118     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(profile); i++) {
 119         if (profile[i].ffmpeg_val == p)
 120             return profile[i].v4l2_val;
 121     }
 122     return AVERROR(ENOENT);
 123 }
 124
 125 static inline int v4l2_mpeg4_profile_from_ff(int p)
 126 {
 127     static const struct mpeg4_profile {
 128         unsigned int ffmpeg_val;
 129         unsigned int v4l2_val;
 130     } profile[] = {
 131         { FF_PROFILE_MPEG4_ADVANCED_CODING, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_ADVANCED_CODING_EFFICIENCY) },
 132         { FF_PROFILE_MPEG4_ADVANCED_SIMPLE, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_ADVANCED_SIMPLE) },
 133         { FF_PROFILE_MPEG4_SIMPLE_SCALABLE, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_SIMPLE_SCALABLE) },
 134         { FF_PROFILE_MPEG4_SIMPLE, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_SIMPLE) },
 135         { FF_PROFILE_MPEG4_CORE, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_CORE) },
 136     };
 137     int i;
 138
 139     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(profile); i++) {
 140         if (profile[i].ffmpeg_val == p)
 141             return profile[i].v4l2_val;
 142     }
 143     return AVERROR(ENOENT);
 144 }
 145
 146 static int v4l2_check_b_frame_support(V4L2m2mContext *s)
 147 {
 148     if (s->avctx->max_b_frames)
 149         av_log(s->avctx, AV_LOG_WARNING, "Encoder does not support b-frames yet\n");
 150
 151     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(B_FRAMES), 0, "number of B-frames", 0);
 152     v4l2_get_ext_ctrl(s, MPEG_CID(B_FRAMES), &s->avctx->max_b_frames, "number of B-frames", 0);
 153     if (s->avctx->max_b_frames == 0)
 154         return 0;
 155
 156     avpriv_report_missing_feature(s->avctx, "DTS/PTS calculation for V4L2 encoding");
 157
 158     return AVERROR_PATCHWELCOME;
 159 }
 160
 161 static inline void v4l2_subscribe_eos_event(V4L2m2mContext *s)
 162 {
 163     struct v4l2_event_subscription sub;
 164
 165     memset(&sub, 0, sizeof(sub));
 166     sub.type = V4L2_EVENT_EOS;
 167     if (ioctl(s->fd, VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT, &sub) < 0)
 168         av_log(s->avctx, AV_LOG_WARNING,
 169                "the v4l2 driver does not support end of stream VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT\n");
 170 }
 171
 172 static int v4l2_prepare_encoder(V4L2m2mContext *s)
 173 {
 174     AVCodecContext *avctx = s->avctx;
 175     int qmin_cid, qmax_cid, qmin, qmax;
 176     int ret, val;
 177
 178     /**
 179      * requirements
 180      */
 181     v4l2_subscribe_eos_event(s);
 182
 183     ret = v4l2_check_b_frame_support(s);
 184     if (ret)
 185         return ret;
 186
 187     /**
 188      * settingss
 189      */
 190     if (avctx->framerate.num || avctx->framerate.den)
 191         v4l2_set_timeperframe(s, avctx->framerate.den, avctx->framerate.num);
 192
 193     /* set ext ctrls */
 194     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(HEADER_MODE), MPEG_VIDEO(HEADER_MODE_SEPARATE), "header mode", 0);
 195     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(BITRATE) , avctx->bit_rate, "bit rate", 1);
 196     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(FRAME_RC_ENABLE), 1, "frame level rate control", 0);
 197     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(GOP_SIZE), avctx->gop_size,"gop size", 1);
 198
 199     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG,
 200         "Encoder Context: id (%d), profile (%d), frame rate(%d/%d), number b-frames (%d), "
 201         "gop size (%d), bit rate (%"PRId64"), qmin (%d), qmax (%d)\n",
 202         avctx->codec_id, avctx->profile, avctx->framerate.num, avctx->framerate.den,
 203         avctx->max_b_frames, avctx->gop_size, avctx->bit_rate, avctx->qmin, avctx->qmax);
 204
 205     switch (avctx->codec_id) {
 206     case AV_CODEC_ID_H264:
 207         if (avctx->profile != FF_PROFILE_UNKNOWN) {
 208             val = v4l2_h264_profile_from_ff(avctx->profile);
 209             if (val < 0)
 210                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "h264 profile not found\n");
 211             else
 212                 v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(H264_PROFILE), val, "h264 profile", 1);
 213         }
 214         qmin_cid = MPEG_CID(H264_MIN_QP);
 215         qmax_cid = MPEG_CID(H264_MAX_QP);
 216         qmin = 0;
 217         qmax = 51;
 218         break;
 219     case AV_CODEC_ID_MPEG4:
 220         if (avctx->profile != FF_PROFILE_UNKNOWN) {
 221             val = v4l2_mpeg4_profile_from_ff(avctx->profile);
 222             if (val < 0)
 223                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "mpeg4 profile not found\n");
 224             else
 225                 v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(MPEG4_PROFILE), val, "mpeg4 profile", 1);
 226         }
 227         qmin_cid = MPEG_CID(MPEG4_MIN_QP);
 228         qmax_cid = MPEG_CID(MPEG4_MAX_QP);
 229         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_QPEL)
 230             v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(MPEG4_QPEL), 1, "qpel", 1);
 231         qmin = 1;
 232         qmax = 31;
 233         break;
 234     case AV_CODEC_ID_H263:
 235         qmin_cid = MPEG_CID(H263_MIN_QP);
 236         qmax_cid = MPEG_CID(H263_MAX_QP);
 237         qmin = 1;
 238         qmax = 31;
 239         break;
 240     case AV_CODEC_ID_VP8:
 241         qmin_cid = MPEG_CID(VPX_MIN_QP);
 242         qmax_cid = MPEG_CID(VPX_MAX_QP);
 243         qmin = 0;
 244         qmax = 127;
 245         break;
 246     case AV_CODEC_ID_VP9:
 247         qmin_cid = MPEG_CID(VPX_MIN_QP);
 248         qmax_cid = MPEG_CID(VPX_MAX_QP);
 249         qmin = 0;
 250         qmax = 255;
 251         break;
 252     default:
 253         return 0;
 254     }
 255
 256     if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0 && avctx->qmin > avctx->qmax) {
 257         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Invalid qmin:%d qmax:%d. qmin should not "
 258                                       "exceed qmax\n", avctx->qmin, avctx->qmax);
 259     } else {
 260         qmin = avctx->qmin >= 0 ? avctx->qmin : qmin;
 261         qmax = avctx->qmax >= 0 ? avctx->qmax : qmax;
 262     }
 263
 264     v4l2_set_ext_ctrl(s, qmin_cid, qmin, "minimum video quantizer scale",
 265                       avctx->qmin >= 0);
 266     v4l2_set_ext_ctrl(s, qmax_cid, qmax, "maximum video quantizer scale",
 267                       avctx->qmax >= 0);
 268
 269     return 0;
 270 }
 271
 272 static int v4l2_send_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
 273 {
 274     V4L2m2mContext *s = ((V4L2m2mPriv*)avctx->priv_data)->context;
 275     V4L2Context *const output = &s->output;
 276
 277 #ifdef V4L2_CID_MPEG_VIDEO_FORCE_KEY_FRAME
 278     if (frame && frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I)
 279         v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(FORCE_KEY_FRAME), 0, "force key frame", 1);
 280 #endif
 281
 282     return ff_v4l2_context_enqueue_frame(output, frame);
 283 }
 284
 285 static int v4l2_receive_packet(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt)
 286 {
 287     V4L2m2mContext *s = ((V4L2m2mPriv*)avctx->priv_data)->context;
 288     V4L2Context *const capture = &s->capture;
 289     V4L2Context *const output = &s->output;
 290     int ret;
 291
 292     if (s->draining)
 293         goto dequeue;
 294
 295     if (!output->streamon) {
 296         ret = ff_v4l2_context_set_status(output, VIDIOC_STREAMON);
 297         if (ret) {
 298             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "VIDIOC_STREAMON failed on output context\n");
 299             return ret;
 300         }
 301     }
 302
 303     if (!capture->streamon) {
 304         ret = ff_v4l2_context_set_status(capture, VIDIOC_STREAMON);
 305         if (ret) {
 306             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "VIDIOC_STREAMON failed on capture context\n");
 307             return ret;
 308         }
 309     }
 310
 311 dequeue:
 312     return ff_v4l2_context_dequeue_packet(capture, avpkt);
 313 }
 314
 315 static av_cold int v4l2_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 316 {
 317     V4L2Context *capture, *output;
 318     V4L2m2mContext *s;
 319     V4L2m2mPriv *priv = avctx->priv_data;
 320     enum AVPixelFormat pix_fmt_output;
 321     uint32_t v4l2_fmt_output;
 322     int ret;
 323
 324     ret = ff_v4l2_m2m_create_context(priv, &s);
 325     if (ret < 0)
 326         return ret;
 327
 328     capture = &s->capture;
 329     output  = &s->output;
 330
 331     /* common settings output/capture */
 332     output->height = capture->height = avctx->height;
 333     output->width = capture->width = avctx->width;
 334
 335     /* output context */
 336     output->av_codec_id = AV_CODEC_ID_RAWVIDEO;
 337     output->av_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
 338
 339     /* capture context */
 340     capture->av_codec_id = avctx->codec_id;
 341     capture->av_pix_fmt = AV_PIX_FMT_NONE;
 342
 343     s->avctx = avctx;
 344     ret = ff_v4l2_m2m_codec_init(priv);
 345     if (ret) {
 346         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "can't configure encoder\n");
 347         return ret;
 348     }
 349
 350     if (V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(output->type))
 351         v4l2_fmt_output = output->format.fmt.pix_mp.pixelformat;
 352     else
 353         v4l2_fmt_output = output->format.fmt.pix.pixelformat;
 354
 355     pix_fmt_output = ff_v4l2_format_v4l2_to_avfmt(v4l2_fmt_output, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO);
 356     if (pix_fmt_output != avctx->pix_fmt) {
 357         const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(pix_fmt_output);
 358         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Encoder requires %s pixel format.\n", desc->name);
 359         return AVERROR(EINVAL);
 360     }
 361
 362     return v4l2_prepare_encoder(s);
 363 }
 364
 365 static av_cold int v4l2_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 366 {
 367     return ff_v4l2_m2m_codec_end(avctx->priv_data);
 368 }
 369
 370 #define OFFSET(x) offsetof(V4L2m2mPriv, x)
 371 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
 372
 373 static const AVOption options[] = {
 374     V4L_M2M_DEFAULT_OPTS,
 375     { "num_capture_buffers", "Number of buffers in the capture context",
 376         OFFSET(num_capture_buffers), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 4 }, 4, INT_MAX, FLAGS },
 377     { NULL },
 378 };
 379
 380 static const AVCodecDefault v4l2_m2m_defaults[] = {
 381     { "qmin", "-1" },
 382     { "qmax", "-1" },
 383     { NULL },
 384 };
 385
 386 #define M2MENC_CLASS(NAME) \
 387     static const AVClass v4l2_m2m_ ## NAME ## _enc_class = { \
 388         .class_name = #NAME "_v4l2m2m_encoder", \
 389         .item_name  = av_default_item_name, \
 390         .option     = options, \
 391         .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT, \
 392     };
 393
 394 #define M2MENC(NAME, LONGNAME, CODEC) \
 395     M2MENC_CLASS(NAME) \
 396     AVCodec ff_ ## NAME ## _v4l2m2m_encoder = { \
 397         .name           = #NAME "_v4l2m2m" , \
 398         .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("V4L2 mem2mem " LONGNAME " encoder wrapper"), \
 399         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO, \
 400         .id             = CODEC , \
 401         .priv_data_size = sizeof(V4L2m2mPriv), \
 402         .priv_class     = &v4l2_m2m_ ## NAME ##_enc_class, \
 403         .init           = v4l2_encode_init, \
 404         .send_frame     = v4l2_send_frame, \
 405         .receive_packet = v4l2_receive_packet, \
 406         .close          = v4l2_encode_close, \
 407         .defaults       = v4l2_m2m_defaults, \
 408         .capabilities   = AV_CODEC_CAP_HARDWARE | AV_CODEC_CAP_DELAY, \
 409         .wrapper_name   = "v4l2m2m", \
 410     };
 411
 412 M2MENC(mpeg4,"MPEG4", AV_CODEC_ID_MPEG4);
 413 M2MENC(h263, "H.263", AV_CODEC_ID_H263);
 414 M2MENC(h264, "H.264", AV_CODEC_ID_H264);
 415 M2MENC(hevc, "HEVC",  AV_CODEC_ID_HEVC);
 416 M2MENC(vp8,  "VP8",   AV_CODEC_ID_VP8);