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