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 "profiles.h"
  33 #include "v4l2_context.h"
  34 #include "v4l2_m2m.h"
  35 #include "v4l2_fmt.h"
  36
  37 #define MPEG_CID(x) V4L2_CID_MPEG_VIDEO_##x
  38 #define MPEG_VIDEO(x) V4L2_MPEG_VIDEO_##x
  39
  40 static inline void v4l2_set_timeperframe(V4L2m2mContext *s, unsigned int num, unsigned int den)
  41 {
  42     struct v4l2_streamparm parm = { 0 };
  43
  44     parm.type = V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(s->output.type) ? V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT_MPLANE : V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT;
  45     parm.parm.output.timeperframe.denominator = den;
  46     parm.parm.output.timeperframe.numerator = num;
  47
  48     if (ioctl(s->fd, VIDIOC_S_PARM, &parm) < 0)
  49         av_log(s->avctx, AV_LOG_WARNING, "Failed to set timeperframe");
  50 }
  51
  52 static inline void v4l2_set_ext_ctrl(V4L2m2mContext *s, unsigned int id, signed int value, const char *name, int log_warning)
  53 {
  54     struct v4l2_ext_controls ctrls = { { 0 } };
  55     struct v4l2_ext_control ctrl = { 0 };
  56
  57     /* set ctrls */
  58     ctrls.ctrl_class = V4L2_CTRL_CLASS_MPEG;
  59     ctrls.controls = &ctrl;
  60     ctrls.count = 1;
  61
  62     /* set ctrl*/
  63     ctrl.value = value;
  64     ctrl.id = id;
  65
  66     if (ioctl(s->fd, VIDIOC_S_EXT_CTRLS, &ctrls) < 0)
  67         av_log(s->avctx, log_warning || errno != EINVAL ? AV_LOG_WARNING : AV_LOG_DEBUG,
  68                "Failed to set %s: %s\n", name, strerror(errno));
  69     else
  70         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "Encoder: %s = %d\n", name, value);
  71 }
  72
  73 static inline int v4l2_get_ext_ctrl(V4L2m2mContext *s, unsigned int id, signed int *value, const char *name, int log_warning)
  74 {
  75     struct v4l2_ext_controls ctrls = { { 0 } };
  76     struct v4l2_ext_control ctrl = { 0 };
  77     int ret;
  78
  79     /* set ctrls */
  80     ctrls.ctrl_class = V4L2_CTRL_CLASS_MPEG;
  81     ctrls.controls = &ctrl;
  82     ctrls.count = 1;
  83
  84     /* set ctrl*/
  85     ctrl.id = id ;
  86
  87     ret = ioctl(s->fd, VIDIOC_G_EXT_CTRLS, &ctrls);
  88     if (ret < 0) {
  89         av_log(s->avctx, log_warning || errno != EINVAL ? AV_LOG_WARNING : AV_LOG_DEBUG,
  90                "Failed to get %s\n", name);
  91         return ret;
  92     }
  93
  94     *value = ctrl.value;
  95
  96     return 0;
  97 }
  98
  99 static inline unsigned int v4l2_h264_profile_from_ff(int p)
 100 {
 101     static const struct h264_profile  {
 102         unsigned int ffmpeg_val;
 103         unsigned int v4l2_val;
 104     } profile[] = {
 105         { FF_PROFILE_H264_CONSTRAINED_BASELINE, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_CONSTRAINED_BASELINE) },
 106         { FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_444_PREDICTIVE) },
 107         { FF_PROFILE_H264_HIGH_422_INTRA, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_422_INTRA) },
 108         { FF_PROFILE_H264_HIGH_444_INTRA, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_444_INTRA) },
 109         { FF_PROFILE_H264_HIGH_10_INTRA, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_10_INTRA) },
 110         { FF_PROFILE_H264_HIGH_422, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_422) },
 111         { FF_PROFILE_H264_BASELINE, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_BASELINE) },
 112         { FF_PROFILE_H264_EXTENDED, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_EXTENDED) },
 113         { FF_PROFILE_H264_HIGH_10, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH_10) },
 114         { FF_PROFILE_H264_MAIN, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_MAIN) },
 115         { FF_PROFILE_H264_HIGH, MPEG_VIDEO(H264_PROFILE_HIGH) },
 116     };
 117     int i;
 118
 119     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(profile); i++) {
 120         if (profile[i].ffmpeg_val == p)
 121             return profile[i].v4l2_val;
 122     }
 123     return AVERROR(ENOENT);
 124 }
 125
 126 static inline int v4l2_mpeg4_profile_from_ff(int p)
 127 {
 128     static const struct mpeg4_profile {
 129         unsigned int ffmpeg_val;
 130         unsigned int v4l2_val;
 131     } profile[] = {
 132         { FF_PROFILE_MPEG4_ADVANCED_CODING, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_ADVANCED_CODING_EFFICIENCY) },
 133         { FF_PROFILE_MPEG4_ADVANCED_SIMPLE, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_ADVANCED_SIMPLE) },
 134         { FF_PROFILE_MPEG4_SIMPLE_SCALABLE, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_SIMPLE_SCALABLE) },
 135         { FF_PROFILE_MPEG4_SIMPLE, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_SIMPLE) },
 136         { FF_PROFILE_MPEG4_CORE, MPEG_VIDEO(MPEG4_PROFILE_CORE) },
 137     };
 138     int i;
 139
 140     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(profile); i++) {
 141         if (profile[i].ffmpeg_val == p)
 142             return profile[i].v4l2_val;
 143     }
 144     return AVERROR(ENOENT);
 145 }
 146
 147 static int v4l2_check_b_frame_support(V4L2m2mContext *s)
 148 {
 149     if (s->avctx->max_b_frames)
 150         av_log(s->avctx, AV_LOG_WARNING, "Encoder does not support b-frames yet\n");
 151
 152     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(B_FRAMES), 0, "number of B-frames", 0);
 153     v4l2_get_ext_ctrl(s, MPEG_CID(B_FRAMES), &s->avctx->max_b_frames, "number of B-frames", 0);
 154     if (s->avctx->max_b_frames == 0)
 155         return 0;
 156
 157     avpriv_report_missing_feature(s->avctx, "DTS/PTS calculation for V4L2 encoding");
 158
 159     return AVERROR_PATCHWELCOME;
 160 }
 161
 162 static inline void v4l2_subscribe_eos_event(V4L2m2mContext *s)
 163 {
 164     struct v4l2_event_subscription sub;
 165
 166     memset(&sub, 0, sizeof(sub));
 167     sub.type = V4L2_EVENT_EOS;
 168     if (ioctl(s->fd, VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT, &sub) < 0)
 169         av_log(s->avctx, AV_LOG_WARNING,
 170                "the v4l2 driver does not support end of stream VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT\n");
 171 }
 172
 173 static int v4l2_prepare_encoder(V4L2m2mContext *s)
 174 {
 175     AVCodecContext *avctx = s->avctx;
 176     int qmin_cid, qmax_cid, qmin, qmax;
 177     int ret, val;
 178
 179     /**
 180      * requirements
 181      */
 182     v4l2_subscribe_eos_event(s);
 183
 184     ret = v4l2_check_b_frame_support(s);
 185     if (ret)
 186         return ret;
 187
 188     /**
 189      * settingss
 190      */
 191     if (avctx->framerate.num || avctx->framerate.den)
 192         v4l2_set_timeperframe(s, avctx->framerate.den, avctx->framerate.num);
 193
 194     /* set ext ctrls */
 195     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(HEADER_MODE), MPEG_VIDEO(HEADER_MODE_SEPARATE), "header mode", 0);
 196     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(BITRATE) , avctx->bit_rate, "bit rate", 1);
 197     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(FRAME_RC_ENABLE), 1, "frame level rate control", 0);
 198     v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(GOP_SIZE), avctx->gop_size,"gop size", 1);
 199
 200     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG,
 201         "Encoder Context: id (%d), profile (%d), frame rate(%d/%d), number b-frames (%d), "
 202         "gop size (%d), bit rate (%"PRId64"), qmin (%d), qmax (%d)\n",
 203         avctx->codec_id, avctx->profile, avctx->framerate.num, avctx->framerate.den,
 204         avctx->max_b_frames, avctx->gop_size, avctx->bit_rate, avctx->qmin, avctx->qmax);
 205
 206     switch (avctx->codec_id) {
 207     case AV_CODEC_ID_H264:
 208         if (avctx->profile != FF_PROFILE_UNKNOWN) {
 209             val = v4l2_h264_profile_from_ff(avctx->profile);
 210             if (val < 0)
 211                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "h264 profile not found\n");
 212             else
 213                 v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(H264_PROFILE), val, "h264 profile", 1);
 214         }
 215         qmin_cid = MPEG_CID(H264_MIN_QP);
 216         qmax_cid = MPEG_CID(H264_MAX_QP);
 217         qmin = 0;
 218         qmax = 51;
 219         break;
 220     case AV_CODEC_ID_MPEG4:
 221         if (avctx->profile != FF_PROFILE_UNKNOWN) {
 222             val = v4l2_mpeg4_profile_from_ff(avctx->profile);
 223             if (val < 0)
 224                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "mpeg4 profile not found\n");
 225             else
 226                 v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(MPEG4_PROFILE), val, "mpeg4 profile", 1);
 227         }
 228         qmin_cid = MPEG_CID(MPEG4_MIN_QP);
 229         qmax_cid = MPEG_CID(MPEG4_MAX_QP);
 230         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_QPEL)
 231             v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(MPEG4_QPEL), 1, "qpel", 1);
 232         qmin = 1;
 233         qmax = 31;
 234         break;
 235     case AV_CODEC_ID_H263:
 236         qmin_cid = MPEG_CID(H263_MIN_QP);
 237         qmax_cid = MPEG_CID(H263_MAX_QP);
 238         qmin = 1;
 239         qmax = 31;
 240         break;
 241     case AV_CODEC_ID_VP8:
 242         qmin_cid = MPEG_CID(VPX_MIN_QP);
 243         qmax_cid = MPEG_CID(VPX_MAX_QP);
 244         qmin = 0;
 245         qmax = 127;
 246         break;
 247     case AV_CODEC_ID_VP9:
 248         qmin_cid = MPEG_CID(VPX_MIN_QP);
 249         qmax_cid = MPEG_CID(VPX_MAX_QP);
 250         qmin = 0;
 251         qmax = 255;
 252         break;
 253     default:
 254         return 0;
 255     }
 256
 257     if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0 && avctx->qmin > avctx->qmax) {
 258         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Invalid qmin:%d qmax:%d. qmin should not "
 259                                       "exceed qmax\n", avctx->qmin, avctx->qmax);
 260     } else {
 261         qmin = avctx->qmin >= 0 ? avctx->qmin : qmin;
 262         qmax = avctx->qmax >= 0 ? avctx->qmax : qmax;
 263     }
 264
 265     v4l2_set_ext_ctrl(s, qmin_cid, qmin, "minimum video quantizer scale",
 266                       avctx->qmin >= 0);
 267     v4l2_set_ext_ctrl(s, qmax_cid, qmax, "maximum video quantizer scale",
 268                       avctx->qmax >= 0);
 269
 270     return 0;
 271 }
 272
 273 static int v4l2_send_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
 274 {
 275     V4L2m2mContext *s = ((V4L2m2mPriv*)avctx->priv_data)->context;
 276     V4L2Context *const output = &s->output;
 277
 278 #ifdef V4L2_CID_MPEG_VIDEO_FORCE_KEY_FRAME
 279     if (frame && frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I)
 280         v4l2_set_ext_ctrl(s, MPEG_CID(FORCE_KEY_FRAME), 0, "force key frame", 1);
 281 #endif
 282
 283     return ff_v4l2_context_enqueue_frame(output, frame);
 284 }
 285
 286 static int v4l2_receive_packet(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt)
 287 {
 288     V4L2m2mContext *s = ((V4L2m2mPriv*)avctx->priv_data)->context;
 289     V4L2Context *const capture = &s->capture;
 290     V4L2Context *const output = &s->output;
 291     int ret;
 292
 293     if (s->draining)
 294         goto dequeue;
 295
 296     if (!output->streamon) {
 297         ret = ff_v4l2_context_set_status(output, VIDIOC_STREAMON);
 298         if (ret) {
 299             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "VIDIOC_STREAMON failed on output context\n");
 300             return ret;
 301         }
 302     }
 303
 304     if (!capture->streamon) {
 305         ret = ff_v4l2_context_set_status(capture, VIDIOC_STREAMON);
 306         if (ret) {
 307             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "VIDIOC_STREAMON failed on capture context\n");
 308             return ret;
 309         }
 310     }
 311
 312 dequeue:
 313     return ff_v4l2_context_dequeue_packet(capture, avpkt);
 314 }
 315
 316 static av_cold int v4l2_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 317 {
 318     V4L2Context *capture, *output;
 319     V4L2m2mContext *s;
 320     V4L2m2mPriv *priv = avctx->priv_data;
 321     enum AVPixelFormat pix_fmt_output;
 322     uint32_t v4l2_fmt_output;
 323     int ret;
 324
 325     ret = ff_v4l2_m2m_create_context(priv, &s);
 326     if (ret < 0)
 327         return ret;
 328
 329     capture = &s->capture;
 330     output  = &s->output;
 331
 332     /* common settings output/capture */
 333     output->height = capture->height = avctx->height;
 334     output->width = capture->width = avctx->width;
 335
 336     /* output context */
 337     output->av_codec_id = AV_CODEC_ID_RAWVIDEO;
 338     output->av_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
 339
 340     /* capture context */
 341     capture->av_codec_id = avctx->codec_id;
 342     capture->av_pix_fmt = AV_PIX_FMT_NONE;
 343
 344     s->avctx = avctx;
 345     ret = ff_v4l2_m2m_codec_init(priv);
 346     if (ret) {
 347         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "can't configure encoder\n");
 348         return ret;
 349     }
 350
 351     if (V4L2_TYPE_IS_MULTIPLANAR(output->type))
 352         v4l2_fmt_output = output->format.fmt.pix_mp.pixelformat;
 353     else
 354         v4l2_fmt_output = output->format.fmt.pix.pixelformat;
 355
 356     pix_fmt_output = ff_v4l2_format_v4l2_to_avfmt(v4l2_fmt_output, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO);
 357     if (pix_fmt_output != avctx->pix_fmt) {
 358         const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(pix_fmt_output);
 359         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Encoder requires %s pixel format.\n", desc->name);
 360         return AVERROR(EINVAL);
 361     }
 362
 363     return v4l2_prepare_encoder(s);
 364 }
 365
 366 static av_cold int v4l2_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 367 {
 368     return ff_v4l2_m2m_codec_end(avctx->priv_data);
 369 }
 370
 371 #define OFFSET(x) offsetof(V4L2m2mPriv, x)
 372 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
 373
 374 #define V4L_M2M_CAPTURE_OPTS \
 375     V4L_M2M_DEFAULT_OPTS,\
 376     { "num_capture_buffers", "Number of buffers in the capture context", \
 377         OFFSET(num_capture_buffers), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 4 }, 4, INT_MAX, FLAGS }
 378
 379 static const AVOption mpeg4_options[] = {
 380     V4L_M2M_CAPTURE_OPTS,
 381     FF_MPEG4_PROFILE_OPTS
 382     { NULL },
 383 };
 384
 385 static const AVOption options[] = {
 386     V4L_M2M_CAPTURE_OPTS,
 387     { NULL },
 388 };
 389
 390 static const AVCodecDefault v4l2_m2m_defaults[] = {
 391     { "qmin", "-1" },
 392     { "qmax", "-1" },
 393     { NULL },
 394 };
 395
 396 #define M2MENC_CLASS(NAME, OPTIONS_NAME) \
 397     static const AVClass v4l2_m2m_ ## NAME ## _enc_class = { \
 398         .class_name = #NAME "_v4l2m2m_encoder", \
 399         .item_name  = av_default_item_name, \
 400         .option     = OPTIONS_NAME, \
 401         .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT, \
 402     };
 403
 404 #define M2MENC(NAME, LONGNAME, OPTIONS_NAME, CODEC) \
 405     M2MENC_CLASS(NAME, OPTIONS_NAME) \
 406     AVCodec ff_ ## NAME ## _v4l2m2m_encoder = { \
 407         .name           = #NAME "_v4l2m2m" , \
 408         .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("V4L2 mem2mem " LONGNAME " encoder wrapper"), \
 409         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO, \
 410         .id             = CODEC , \
 411         .priv_data_size = sizeof(V4L2m2mPriv), \
 412         .priv_class     = &v4l2_m2m_ ## NAME ##_enc_class, \
 413         .init           = v4l2_encode_init, \
 414         .send_frame     = v4l2_send_frame, \
 415         .receive_packet = v4l2_receive_packet, \
 416         .close          = v4l2_encode_close, \
 417         .defaults       = v4l2_m2m_defaults, \
 418         .capabilities   = AV_CODEC_CAP_HARDWARE | AV_CODEC_CAP_DELAY, \
 419         .wrapper_name   = "v4l2m2m", \
 420     };
 421
 422 M2MENC(mpeg4,"MPEG4", mpeg4_options, AV_CODEC_ID_MPEG4);
 423 M2MENC(h263, "H.263", options,       AV_CODEC_ID_H263);
 424 M2MENC(h264, "H.264", options,       AV_CODEC_ID_H264);
 425 M2MENC(hevc, "HEVC",  options,       AV_CODEC_ID_HEVC);
 426 M2MENC(vp8,  "VP8",   options,       AV_CODEC_ID_VP8);