git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavdevice/avfoundation.m

   1 /*
   2  * AVFoundation input device
   3  * Copyright (c) 2014 Thilo Borgmann <thilo.borgmann@mail.de>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * AVFoundation input device
  25  * @author Thilo Borgmann <thilo.borgmann@mail.de>
  26  */
  27
  28 #import <AVFoundation/AVFoundation.h>
  29 #include <pthread.h>
  30
  31 #include "libavutil/pixdesc.h"
  32 #include "libavutil/opt.h"
  33 #include "libavformat/internal.h"
  34 #include "libavutil/internal.h"
  35 #include "libavutil/time.h"
  36 #include "avdevice.h"
  37
  38 static const int avf_time_base = 100;
  39
  40 static const AVRational avf_time_base_q = {
  41     .num = 1,
  42     .den = avf_time_base
  43 };
  44
  45 struct AVFPixelFormatSpec {
  46     enum AVPixelFormat ff_id;
  47     OSType avf_id;
  48 };
  49
  50 static const struct AVFPixelFormatSpec avf_pixel_formats[] = {
  51     { AV_PIX_FMT_MONOBLACK,    kCVPixelFormatType_1Monochrome },
  52     { AV_PIX_FMT_RGB555BE,     kCVPixelFormatType_16BE555 },
  53     { AV_PIX_FMT_RGB555LE,     kCVPixelFormatType_16LE555 },
  54     { AV_PIX_FMT_RGB565BE,     kCVPixelFormatType_16BE565 },
  55     { AV_PIX_FMT_RGB565LE,     kCVPixelFormatType_16LE565 },
  56     { AV_PIX_FMT_RGB24,        kCVPixelFormatType_24RGB },
  57     { AV_PIX_FMT_BGR24,        kCVPixelFormatType_24BGR },
  58     { AV_PIX_FMT_0RGB,         kCVPixelFormatType_32ARGB },
  59     { AV_PIX_FMT_BGR0,         kCVPixelFormatType_32BGRA },
  60     { AV_PIX_FMT_0BGR,         kCVPixelFormatType_32ABGR },
  61     { AV_PIX_FMT_RGB0,         kCVPixelFormatType_32RGBA },
  62     { AV_PIX_FMT_BGR48BE,      kCVPixelFormatType_48RGB },
  63     { AV_PIX_FMT_UYVY422,      kCVPixelFormatType_422YpCbCr8 },
  64     { AV_PIX_FMT_YUVA444P,     kCVPixelFormatType_4444YpCbCrA8R },
  65     { AV_PIX_FMT_YUVA444P16LE, kCVPixelFormatType_4444AYpCbCr16 },
  66     { AV_PIX_FMT_YUV444P,      kCVPixelFormatType_444YpCbCr8 },
  67     { AV_PIX_FMT_YUV422P16,    kCVPixelFormatType_422YpCbCr16 },
  68     { AV_PIX_FMT_YUV422P10,    kCVPixelFormatType_422YpCbCr10 },
  69     { AV_PIX_FMT_YUV444P10,    kCVPixelFormatType_444YpCbCr10 },
  70     { AV_PIX_FMT_YUV420P,      kCVPixelFormatType_420YpCbCr8Planar },
  71     { AV_PIX_FMT_NV12,         kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarVideoRange },
  72     { AV_PIX_FMT_YUYV422,      kCVPixelFormatType_422YpCbCr8_yuvs },
  73     { AV_PIX_FMT_GRAY8,        kCVPixelFormatType_OneComponent8 },
  74     { AV_PIX_FMT_NONE, 0 }
  75 };
  76
  77 typedef struct
  78 {
  79     AVClass*        class;
  80
  81     float           frame_rate;
  82     int             frames_captured;
  83     int64_t         first_pts;
  84     pthread_mutex_t frame_lock;
  85     pthread_cond_t  frame_wait_cond;
  86     id              avf_delegate;
  87
  88     int             list_devices;
  89     int             video_device_index;
  90     enum AVPixelFormat pixel_format;
  91
  92     AVCaptureSession         *capture_session;
  93     AVCaptureVideoDataOutput *video_output;
  94     CMSampleBufferRef         current_frame;
  95 } AVFContext;
  96
  97 static void lock_frames(AVFContext* ctx)
  98 {
  99     pthread_mutex_lock(&ctx->frame_lock);
 100 }
 101
 102 static void unlock_frames(AVFContext* ctx)
 103 {
 104     pthread_mutex_unlock(&ctx->frame_lock);
 105 }
 106
 107 /** FrameReciever class - delegate for AVCaptureSession
 108  */
 109 @interface AVFFrameReceiver : NSObject
 110 {
 111     AVFContext* _context;
 112 }
 113
 114 - (id)initWithContext:(AVFContext*)context;
 115
 116 - (void)  captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput
 117   didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)videoFrame
 118          fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection;
 119
 120 @end
 121
 122 @implementation AVFFrameReceiver
 123
 124 - (id)initWithContext:(AVFContext*)context
 125 {
 126     if (self = [super init]) {
 127         _context = context;
 128     }
 129     return self;
 130 }
 131
 132 - (void)  captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput
 133   didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)videoFrame
 134          fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection
 135 {
 136     lock_frames(_context);
 137
 138     if (_context->current_frame != nil) {
 139         CFRelease(_context->current_frame);
 140     }
 141
 142     _context->current_frame = (CMSampleBufferRef)CFRetain(videoFrame);
 143
 144     pthread_cond_signal(&_context->frame_wait_cond);
 145
 146     unlock_frames(_context);
 147
 148     ++_context->frames_captured;
 149 }
 150
 151 @end
 152
 153 static void destroy_context(AVFContext* ctx)
 154 {
 155     [ctx->capture_session stopRunning];
 156
 157     [ctx->capture_session release];
 158     [ctx->video_output    release];
 159     [ctx->avf_delegate    release];
 160
 161     ctx->capture_session = NULL;
 162     ctx->video_output    = NULL;
 163     ctx->avf_delegate    = NULL;
 164
 165     pthread_mutex_destroy(&ctx->frame_lock);
 166     pthread_cond_destroy(&ctx->frame_wait_cond);
 167
 168     if (ctx->current_frame) {
 169         CFRelease(ctx->current_frame);
 170     }
 171 }
 172
 173 static int avf_read_header(AVFormatContext *s)
 174 {
 175     NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
 176     AVFContext *ctx         = (AVFContext*)s->priv_data;
 177     ctx->first_pts          = av_gettime();
 178
 179     pthread_mutex_init(&ctx->frame_lock, NULL);
 180     pthread_cond_init(&ctx->frame_wait_cond, NULL);
 181
 182     // List devices if requested
 183     if (ctx->list_devices) {
 184         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "AVFoundation video devices:\n");
 185         NSArray *devices = [AVCaptureDevice devicesWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 186         for (AVCaptureDevice *device in devices) {
 187             const char *name = [[device localizedName] UTF8String];
 188             int index  = [devices indexOfObject:device];
 189             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "[%d] %s\n", index, name);
 190         }
 191         goto fail;
 192     }
 193
 194     // Find capture device
 195     AVCaptureDevice *video_device = nil;
 196
 197     // check for device index given in filename
 198     if (ctx->video_device_index == -1) {
 199         sscanf(s->filename, "%d", &ctx->video_device_index);
 200     }
 201
 202     if (ctx->video_device_index >= 0) {
 203         NSArray *devices = [AVCaptureDevice devicesWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 204
 205         if (ctx->video_device_index >= [devices count]) {
 206             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid device index\n");
 207             goto fail;
 208         }
 209
 210         video_device = [devices objectAtIndex:ctx->video_device_index];
 211     } else if (strncmp(s->filename, "",        1) &&
 212                strncmp(s->filename, "default", 7)) {
 213         NSArray *devices = [AVCaptureDevice devicesWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 214
 215         for (AVCaptureDevice *device in devices) {
 216             if (!strncmp(s->filename, [[device localizedName] UTF8String], strlen(s->filename))) {
 217                 video_device = device;
 218                 break;
 219             }
 220         }
 221
 222         if (!video_device) {
 223             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Video device not found\n");
 224             goto fail;
 225         }
 226     } else {
 227         video_device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeMuxed];
 228     }
 229
 230     // Video capture device not found, looking for AVMediaTypeVideo
 231     if (!video_device) {
 232         video_device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 233
 234         if (!video_device) {
 235             av_log(s, AV_LOG_ERROR, "No AV capture device found\n");
 236             goto fail;
 237         }
 238     }
 239
 240     NSString* dev_display_name = [video_device localizedName];
 241     av_log(s, AV_LOG_DEBUG, "'%s' opened\n", [dev_display_name UTF8String]);
 242
 243     // Initialize capture session
 244     ctx->capture_session = [[AVCaptureSession alloc] init];
 245
 246     NSError *error = nil;
 247     AVCaptureDeviceInput* capture_dev_input = [[[AVCaptureDeviceInput alloc] initWithDevice:video_device error:&error] autorelease];
 248
 249     if (!capture_dev_input) {
 250         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Failed to create AV capture input device: %s\n",
 251                [[error localizedDescription] UTF8String]);
 252         goto fail;
 253     }
 254
 255     if (!capture_dev_input) {
 256         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Failed to add AV capture input device to session: %s\n",
 257                [[error localizedDescription] UTF8String]);
 258         goto fail;
 259     }
 260
 261     if ([ctx->capture_session canAddInput:capture_dev_input]) {
 262         [ctx->capture_session addInput:capture_dev_input];
 263     } else {
 264         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "can't add video input to capture session\n");
 265         goto fail;
 266     }
 267
 268     // Attaching output
 269     ctx->video_output = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc] init];
 270
 271     if (!ctx->video_output) {
 272         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Failed to init AV video output\n");
 273         goto fail;
 274     }
 275
 276     // select pixel format
 277     struct AVFPixelFormatSpec pxl_fmt_spec;
 278     pxl_fmt_spec.ff_id = AV_PIX_FMT_NONE;
 279
 280     for (int i = 0; avf_pixel_formats[i].ff_id != AV_PIX_FMT_NONE; i++) {
 281         if (ctx->pixel_format == avf_pixel_formats[i].ff_id) {
 282             pxl_fmt_spec = avf_pixel_formats[i];
 283             break;
 284         }
 285     }
 286
 287     // check if selected pixel format is supported by AVFoundation
 288     if (pxl_fmt_spec.ff_id == AV_PIX_FMT_NONE) {
 289         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Selected pixel format (%s) is not supported by AVFoundation.\n",
 290                av_get_pix_fmt_name(pxl_fmt_spec.ff_id));
 291         goto fail;
 292     }
 293
 294     // check if the pixel format is available for this device
 295     if ([[ctx->video_output availableVideoCVPixelFormatTypes] indexOfObject:[NSNumber numberWithInt:pxl_fmt_spec.avf_id]] == NSNotFound) {
 296         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Selected pixel format (%s) is not supported by the input device.\n",
 297                av_get_pix_fmt_name(pxl_fmt_spec.ff_id));
 298
 299         pxl_fmt_spec.ff_id = AV_PIX_FMT_NONE;
 300
 301         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Supported pixel formats:\n");
 302         for (NSNumber *pxl_fmt in [ctx->video_output availableVideoCVPixelFormatTypes]) {
 303             struct AVFPixelFormatSpec pxl_fmt_dummy;
 304             pxl_fmt_dummy.ff_id = AV_PIX_FMT_NONE;
 305             for (int i = 0; avf_pixel_formats[i].ff_id != AV_PIX_FMT_NONE; i++) {
 306                 if ([pxl_fmt intValue] == avf_pixel_formats[i].avf_id) {
 307                     pxl_fmt_dummy = avf_pixel_formats[i];
 308                     break;
 309                 }
 310             }
 311
 312             if (pxl_fmt_dummy.ff_id != AV_PIX_FMT_NONE) {
 313                 av_log(s, AV_LOG_ERROR, "  %s\n", av_get_pix_fmt_name(pxl_fmt_dummy.ff_id));
 314
 315                 // select first supported pixel format instead of user selected (or default) pixel format
 316                 if (pxl_fmt_spec.ff_id == AV_PIX_FMT_NONE) {
 317                     pxl_fmt_spec = pxl_fmt_dummy;
 318                 }
 319             }
 320         }
 321
 322         // fail if there is no appropriate pixel format or print a warning about overriding the pixel format
 323         if (pxl_fmt_spec.ff_id == AV_PIX_FMT_NONE) {
 324             goto fail;
 325         } else {
 326             av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Overriding selected pixel format to use %s instead.\n",
 327                    av_get_pix_fmt_name(pxl_fmt_spec.ff_id));
 328         }
 329     }
 330
 331
 332     NSNumber     *pixel_format = [NSNumber numberWithUnsignedInt:pxl_fmt_spec.avf_id];
 333     NSDictionary *capture_dict = [NSDictionary dictionaryWithObject:pixel_format
 334                                                forKey:(id)kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey];
 335
 336     [ctx->video_output setVideoSettings:capture_dict];
 337     [ctx->video_output setAlwaysDiscardsLateVideoFrames:YES];
 338
 339     ctx->avf_delegate = [[AVFFrameReceiver alloc] initWithContext:ctx];
 340
 341     dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("avf_queue", NULL);
 342     [ctx->video_output setSampleBufferDelegate:ctx->avf_delegate queue:queue];
 343     dispatch_release(queue);
 344
 345     if ([ctx->capture_session canAddOutput:ctx->video_output]) {
 346         [ctx->capture_session addOutput:ctx->video_output];
 347     } else {
 348         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "can't add video output to capture session\n");
 349         goto fail;
 350     }
 351
 352     [ctx->capture_session startRunning];
 353
 354     // Take stream info from the first frame.
 355     while (ctx->frames_captured < 1) {
 356         CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 0.1, YES);
 357     }
 358
 359     lock_frames(ctx);
 360
 361     AVStream* stream = avformat_new_stream(s, NULL);
 362
 363     if (!stream) {
 364         goto fail;
 365     }
 366
 367     avpriv_set_pts_info(stream, 64, 1, avf_time_base);
 368
 369     CVImageBufferRef image_buffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(ctx->current_frame);
 370     CGSize image_buffer_size      = CVImageBufferGetEncodedSize(image_buffer);
 371
 372     stream->codec->codec_id   = AV_CODEC_ID_RAWVIDEO;
 373     stream->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
 374     stream->codec->width      = (int)image_buffer_size.width;
 375     stream->codec->height     = (int)image_buffer_size.height;
 376     stream->codec->pix_fmt    = pxl_fmt_spec.ff_id;
 377
 378     CFRelease(ctx->current_frame);
 379     ctx->current_frame = nil;
 380
 381     unlock_frames(ctx);
 382     [pool release];
 383     return 0;
 384
 385 fail:
 386     [pool release];
 387     destroy_context(ctx);
 388     return AVERROR(EIO);
 389 }
 390
 391 static int avf_read_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
 392 {
 393     AVFContext* ctx = (AVFContext*)s->priv_data;
 394
 395     do {
 396         lock_frames(ctx);
 397
 398         CVImageBufferRef image_buffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(ctx->current_frame);
 399
 400         if (ctx->current_frame != nil) {
 401             if (av_new_packet(pkt, (int)CVPixelBufferGetDataSize(image_buffer)) < 0) {
 402                 return AVERROR(EIO);
 403             }
 404
 405             pkt->pts = pkt->dts = av_rescale_q(av_gettime() - ctx->first_pts,
 406                                                AV_TIME_BASE_Q,
 407                                                avf_time_base_q);
 408             pkt->stream_index  = 0;
 409             pkt->flags        |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 410
 411             CVPixelBufferLockBaseAddress(image_buffer, 0);
 412
 413             void* data = CVPixelBufferGetBaseAddress(image_buffer);
 414             memcpy(pkt->data, data, pkt->size);
 415
 416             CVPixelBufferUnlockBaseAddress(image_buffer, 0);
 417             CFRelease(ctx->current_frame);
 418             ctx->current_frame = nil;
 419         } else {
 420             pkt->data = NULL;
 421             pthread_cond_wait(&ctx->frame_wait_cond, &ctx->frame_lock);
 422         }
 423
 424         unlock_frames(ctx);
 425     } while (!pkt->data);
 426
 427     return 0;
 428 }
 429
 430 static int avf_close(AVFormatContext *s)
 431 {
 432     AVFContext* ctx = (AVFContext*)s->priv_data;
 433     destroy_context(ctx);
 434     return 0;
 435 }
 436
 437 static const AVOption options[] = {
 438     { "frame_rate", "set frame rate", offsetof(AVFContext, frame_rate), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 30.0 }, 0.1, 30.0, AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, NULL },
 439     { "list_devices", "list available devices", offsetof(AVFContext, list_devices), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 1, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM, "list_devices" },
 440     { "true", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1}, 0, 0, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM, "list_devices" },
 441     { "false", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=0}, 0, 0, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM, "list_devices" },
 442     { "video_device_index", "select video device by index for devices with same name (starts at 0)", offsetof(AVFContext, video_device_index), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1}, -1, INT_MAX, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM },
 443     { "pixel_format", "set pixel format", offsetof(AVFContext, pixel_format), AV_OPT_TYPE_PIXEL_FMT, {.i64 = AV_PIX_FMT_YUV420P}, 0, INT_MAX, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM},
 444     { NULL },
 445 };
 446
 447 static const AVClass avf_class = {
 448     .class_name = "AVFoundation input device",
 449     .item_name  = av_default_item_name,
 450     .option     = options,
 451     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 452 };
 453
 454 AVInputFormat ff_avfoundation_demuxer = {
 455     .name           = "avfoundation",
 456     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AVFoundation input device"),
 457     .priv_data_size = sizeof(AVFContext),
 458     .read_header    = avf_read_header,
 459     .read_packet    = avf_read_packet,
 460     .read_close     = avf_close,
 461     .flags          = AVFMT_NOFILE,
 462     .priv_class     = &avf_class,
 463 };