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 = 1000000;
  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 #if __MAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED >= 1080
  74     { AV_PIX_FMT_GRAY8,        kCVPixelFormatType_OneComponent8 },
  75 #endif
  76     { AV_PIX_FMT_NONE, 0 }
  77 };
  78
  79 typedef struct
  80 {
  81     AVClass*        class;
  82
  83     float           frame_rate;
  84     int             frames_captured;
  85     int64_t         first_pts;
  86     pthread_mutex_t frame_lock;
  87     pthread_cond_t  frame_wait_cond;
  88     id              avf_delegate;
  89
  90     int             list_devices;
  91     int             video_device_index;
  92     int             video_stream_index;
  93     enum AVPixelFormat pixel_format;
  94
  95     AVCaptureSession         *capture_session;
  96     AVCaptureVideoDataOutput *video_output;
  97     CMSampleBufferRef         current_frame;
  98 } AVFContext;
  99
 100 static void lock_frames(AVFContext* ctx)
 101 {
 102     pthread_mutex_lock(&ctx->frame_lock);
 103 }
 104
 105 static void unlock_frames(AVFContext* ctx)
 106 {
 107     pthread_mutex_unlock(&ctx->frame_lock);
 108 }
 109
 110 /** FrameReciever class - delegate for AVCaptureSession
 111  */
 112 @interface AVFFrameReceiver : NSObject
 113 {
 114     AVFContext* _context;
 115 }
 116
 117 - (id)initWithContext:(AVFContext*)context;
 118
 119 - (void)  captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput
 120   didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)videoFrame
 121          fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection;
 122
 123 @end
 124
 125 @implementation AVFFrameReceiver
 126
 127 - (id)initWithContext:(AVFContext*)context
 128 {
 129     if (self = [super init]) {
 130         _context = context;
 131     }
 132     return self;
 133 }
 134
 135 - (void)  captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput
 136   didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)videoFrame
 137          fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection
 138 {
 139     lock_frames(_context);
 140
 141     if (_context->current_frame != nil) {
 142         CFRelease(_context->current_frame);
 143     }
 144
 145     _context->current_frame = (CMSampleBufferRef)CFRetain(videoFrame);
 146
 147     pthread_cond_signal(&_context->frame_wait_cond);
 148
 149     unlock_frames(_context);
 150
 151     ++_context->frames_captured;
 152 }
 153
 154 @end
 155
 156 static void destroy_context(AVFContext* ctx)
 157 {
 158     [ctx->capture_session stopRunning];
 159
 160     [ctx->capture_session release];
 161     [ctx->video_output    release];
 162     [ctx->avf_delegate    release];
 163
 164     ctx->capture_session = NULL;
 165     ctx->video_output    = NULL;
 166     ctx->avf_delegate    = NULL;
 167
 168     pthread_mutex_destroy(&ctx->frame_lock);
 169     pthread_cond_destroy(&ctx->frame_wait_cond);
 170
 171     if (ctx->current_frame) {
 172         CFRelease(ctx->current_frame);
 173     }
 174 }
 175
 176 static int add_video_device(AVFormatContext *s, AVCaptureDevice *video_device)
 177 {
 178     AVFContext *ctx = (AVFContext*)s->priv_data;
 179     NSError *error  = nil;
 180     AVCaptureDeviceInput* capture_dev_input = [[[AVCaptureDeviceInput alloc] initWithDevice:video_device error:&error] autorelease];
 181
 182     if (!capture_dev_input) {
 183         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Failed to create AV capture input device: %s\n",
 184                [[error localizedDescription] UTF8String]);
 185         return 1;
 186     }
 187
 188     if ([ctx->capture_session canAddInput:capture_dev_input]) {
 189         [ctx->capture_session addInput:capture_dev_input];
 190     } else {
 191         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "can't add video input to capture session\n");
 192         return 1;
 193     }
 194
 195     // Attaching output
 196     ctx->video_output = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc] init];
 197
 198     if (!ctx->video_output) {
 199         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Failed to init AV video output\n");
 200         return 1;
 201     }
 202
 203     // select pixel format
 204     struct AVFPixelFormatSpec pxl_fmt_spec;
 205     pxl_fmt_spec.ff_id = AV_PIX_FMT_NONE;
 206
 207     for (int i = 0; avf_pixel_formats[i].ff_id != AV_PIX_FMT_NONE; i++) {
 208         if (ctx->pixel_format == avf_pixel_formats[i].ff_id) {
 209             pxl_fmt_spec = avf_pixel_formats[i];
 210             break;
 211         }
 212     }
 213
 214     // check if selected pixel format is supported by AVFoundation
 215     if (pxl_fmt_spec.ff_id == AV_PIX_FMT_NONE) {
 216         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Selected pixel format (%s) is not supported by AVFoundation.\n",
 217                av_get_pix_fmt_name(pxl_fmt_spec.ff_id));
 218         return 1;
 219     }
 220
 221     // check if the pixel format is available for this device
 222     if ([[ctx->video_output availableVideoCVPixelFormatTypes] indexOfObject:[NSNumber numberWithInt:pxl_fmt_spec.avf_id]] == NSNotFound) {
 223         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Selected pixel format (%s) is not supported by the input device.\n",
 224                av_get_pix_fmt_name(pxl_fmt_spec.ff_id));
 225
 226         pxl_fmt_spec.ff_id = AV_PIX_FMT_NONE;
 227
 228         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Supported pixel formats:\n");
 229         for (NSNumber *pxl_fmt in [ctx->video_output availableVideoCVPixelFormatTypes]) {
 230             struct AVFPixelFormatSpec pxl_fmt_dummy;
 231             pxl_fmt_dummy.ff_id = AV_PIX_FMT_NONE;
 232             for (int i = 0; avf_pixel_formats[i].ff_id != AV_PIX_FMT_NONE; i++) {
 233                 if ([pxl_fmt intValue] == avf_pixel_formats[i].avf_id) {
 234                     pxl_fmt_dummy = avf_pixel_formats[i];
 235                     break;
 236                 }
 237             }
 238
 239             if (pxl_fmt_dummy.ff_id != AV_PIX_FMT_NONE) {
 240                 av_log(s, AV_LOG_ERROR, "  %s\n", av_get_pix_fmt_name(pxl_fmt_dummy.ff_id));
 241
 242                 // select first supported pixel format instead of user selected (or default) pixel format
 243                 if (pxl_fmt_spec.ff_id == AV_PIX_FMT_NONE) {
 244                     pxl_fmt_spec = pxl_fmt_dummy;
 245                 }
 246             }
 247         }
 248
 249         // fail if there is no appropriate pixel format or print a warning about overriding the pixel format
 250         if (pxl_fmt_spec.ff_id == AV_PIX_FMT_NONE) {
 251             return 1;
 252         } else {
 253             av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Overriding selected pixel format to use %s instead.\n",
 254                    av_get_pix_fmt_name(pxl_fmt_spec.ff_id));
 255         }
 256     }
 257
 258     ctx->pixel_format          = pxl_fmt_spec.ff_id;
 259     NSNumber     *pixel_format = [NSNumber numberWithUnsignedInt:pxl_fmt_spec.avf_id];
 260     NSDictionary *capture_dict = [NSDictionary dictionaryWithObject:pixel_format
 261                                                forKey:(id)kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey];
 262
 263     [ctx->video_output setVideoSettings:capture_dict];
 264     [ctx->video_output setAlwaysDiscardsLateVideoFrames:YES];
 265
 266     ctx->avf_delegate = [[AVFFrameReceiver alloc] initWithContext:ctx];
 267
 268     dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("avf_queue", NULL);
 269     [ctx->video_output setSampleBufferDelegate:ctx->avf_delegate queue:queue];
 270     dispatch_release(queue);
 271
 272     if ([ctx->capture_session canAddOutput:ctx->video_output]) {
 273         [ctx->capture_session addOutput:ctx->video_output];
 274     } else {
 275         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "can't add video output to capture session\n");
 276         return 1;
 277     }
 278
 279     return 0;
 280 }
 281
 282 static int get_video_config(AVFormatContext *s)
 283 {
 284     AVFContext *ctx = (AVFContext*)s->priv_data;
 285
 286     // Take stream info from the first frame.
 287     while (ctx->frames_captured < 1) {
 288         CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 0.1, YES);
 289     }
 290
 291     lock_frames(ctx);
 292
 293     AVStream* stream = avformat_new_stream(s, NULL);
 294
 295     if (!stream) {
 296         return 1;
 297     }
 298
 299     ctx->video_stream_index = stream->index;
 300
 301     avpriv_set_pts_info(stream, 64, 1, avf_time_base);
 302
 303     CVImageBufferRef image_buffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(ctx->current_frame);
 304     CGSize image_buffer_size      = CVImageBufferGetEncodedSize(image_buffer);
 305
 306     stream->codec->codec_id   = AV_CODEC_ID_RAWVIDEO;
 307     stream->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
 308     stream->codec->width      = (int)image_buffer_size.width;
 309     stream->codec->height     = (int)image_buffer_size.height;
 310     stream->codec->pix_fmt    = ctx->pixel_format;
 311
 312     CFRelease(ctx->current_frame);
 313     ctx->current_frame = nil;
 314
 315     unlock_frames(ctx);
 316
 317     return 0;
 318 }
 319
 320 static int avf_read_header(AVFormatContext *s)
 321 {
 322     NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
 323     AVFContext *ctx         = (AVFContext*)s->priv_data;
 324     ctx->first_pts          = av_gettime();
 325
 326     pthread_mutex_init(&ctx->frame_lock, NULL);
 327     pthread_cond_init(&ctx->frame_wait_cond, NULL);
 328
 329     // List devices if requested
 330     if (ctx->list_devices) {
 331         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "AVFoundation video devices:\n");
 332         NSArray *devices = [AVCaptureDevice devicesWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 333         for (AVCaptureDevice *device in devices) {
 334             const char *name = [[device localizedName] UTF8String];
 335             int index  = [devices indexOfObject:device];
 336             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "[%d] %s\n", index, name);
 337         }
 338         goto fail;
 339     }
 340
 341     // Find capture device
 342     AVCaptureDevice *video_device = nil;
 343
 344     // check for device index given in filename
 345     if (ctx->video_device_index == -1) {
 346         sscanf(s->filename, "%d", &ctx->video_device_index);
 347     }
 348
 349     if (ctx->video_device_index >= 0) {
 350         NSArray *devices = [AVCaptureDevice devicesWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 351
 352         if (ctx->video_device_index >= [devices count]) {
 353             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid device index\n");
 354             goto fail;
 355         }
 356
 357         video_device = [devices objectAtIndex:ctx->video_device_index];
 358     } else if (strncmp(s->filename, "",        1) &&
 359                strncmp(s->filename, "default", 7)) {
 360         NSArray *devices = [AVCaptureDevice devicesWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 361
 362         for (AVCaptureDevice *device in devices) {
 363             if (!strncmp(s->filename, [[device localizedName] UTF8String], strlen(s->filename))) {
 364                 video_device = device;
 365                 break;
 366             }
 367         }
 368
 369         if (!video_device) {
 370             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Video device not found\n");
 371             goto fail;
 372         }
 373     } else {
 374         video_device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 375     }
 376
 377     // Video capture device not found, looking for AVMediaTypeVideo
 378     if (!video_device) {
 379         video_device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
 380
 381         if (!video_device) {
 382             av_log(s, AV_LOG_ERROR, "No AV capture device found\n");
 383             goto fail;
 384         }
 385     }
 386
 387     av_log(s, AV_LOG_DEBUG, "'%s' opened\n", [[video_device localizedName] UTF8String]);
 388
 389     // Initialize capture session
 390     ctx->capture_session = [[AVCaptureSession alloc] init];
 391
 392     if (add_video_device(s, video_device)) {
 393         goto fail;
 394     }
 395
 396     [ctx->capture_session startRunning];
 397
 398     if (get_video_config(s)) {
 399         goto fail;
 400     }
 401
 402     [pool release];
 403     return 0;
 404
 405 fail:
 406     [pool release];
 407     destroy_context(ctx);
 408     return AVERROR(EIO);
 409 }
 410
 411 static int avf_read_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
 412 {
 413     AVFContext* ctx = (AVFContext*)s->priv_data;
 414
 415     do {
 416         lock_frames(ctx);
 417
 418         CVImageBufferRef image_buffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(ctx->current_frame);
 419
 420         if (ctx->current_frame != nil) {
 421             if (av_new_packet(pkt, (int)CVPixelBufferGetDataSize(image_buffer)) < 0) {
 422                 return AVERROR(EIO);
 423             }
 424
 425             pkt->pts = pkt->dts = av_rescale_q(av_gettime() - ctx->first_pts,
 426                                                AV_TIME_BASE_Q,
 427                                                avf_time_base_q);
 428             pkt->stream_index  = ctx->video_stream_index;
 429             pkt->flags        |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 430
 431             CVPixelBufferLockBaseAddress(image_buffer, 0);
 432
 433             void* data = CVPixelBufferGetBaseAddress(image_buffer);
 434             memcpy(pkt->data, data, pkt->size);
 435
 436             CVPixelBufferUnlockBaseAddress(image_buffer, 0);
 437             CFRelease(ctx->current_frame);
 438             ctx->current_frame = nil;
 439         } else {
 440             pkt->data = NULL;
 441             pthread_cond_wait(&ctx->frame_wait_cond, &ctx->frame_lock);
 442         }
 443
 444         unlock_frames(ctx);
 445     } while (!pkt->data);
 446
 447     return 0;
 448 }
 449
 450 static int avf_close(AVFormatContext *s)
 451 {
 452     AVFContext* ctx = (AVFContext*)s->priv_data;
 453     destroy_context(ctx);
 454     return 0;
 455 }
 456
 457 static const AVOption options[] = {
 458     { "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 },
 459     { "list_devices", "list available devices", offsetof(AVFContext, list_devices), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 1, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM, "list_devices" },
 460     { "true", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1}, 0, 0, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM, "list_devices" },
 461     { "false", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=0}, 0, 0, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM, "list_devices" },
 462     { "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 },
 463     { "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},
 464     { NULL },
 465 };
 466
 467 static const AVClass avf_class = {
 468     .class_name = "AVFoundation input device",
 469     .item_name  = av_default_item_name,
 470     .option     = options,
 471     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 472     .category   = AV_CLASS_CATEGORY_DEVICE_VIDEO_INPUT,
 473 };
 474
 475 AVInputFormat ff_avfoundation_demuxer = {
 476     .name           = "avfoundation",
 477     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AVFoundation input device"),
 478     .priv_data_size = sizeof(AVFContext),
 479     .read_header    = avf_read_header,
 480     .read_packet    = avf_read_packet,
 481     .read_close     = avf_close,
 482     .flags          = AVFMT_NOFILE,
 483     .priv_class     = &avf_class,
 484 };