git.sesse.net Git - nageru/blob - x264_encoder.h

   1 // A wrapper around x264, to encode video in higher quality than Quick Sync
   2 // can give us. We maintain a queue of uncompressed Y'CbCr frames (of 50 frames,
   3 // so a little under 100 MB at 720p), then have a separate thread pull out
   4 // those threads as fast as we can to give it to x264 for encoding.
   5 //
   6 // TODO: We use x264's “speedcontrol” patch if available, so that quality is
   7 // automatically scaled up or down to content and available CPU time.
   8 //
   9 // The encoding threads are niced down because mixing is more important than
  10 // encoding; if we lose frames in mixing, we'll lose frames to disk _and_
  11 // to the stream, as where if we lose frames in encoding, we'll lose frames
  12 // to the stream only, so the latter is strictly better. More importantly,
  13 // this allows speedcontrol (when implemented) to do its thing without
  14 // disturbing the mixer.
  15
  16 #ifndef _X264ENCODE_H
  17 #define _X264ENCODE_H 1
  18
  19 #include <sched.h>
  20 #include <stdint.h>
  21 #include <x264.h>
  22 #include <atomic>
  23 #include <chrono>
  24 #include <condition_variable>
  25 #include <memory>
  26 #include <mutex>
  27 #include <queue>
  28 #include <string>
  29 #include <thread>
  30 #include <unordered_map>
  31
  32 extern "C" {
  33 #include <libavformat/avformat.h>
  34 }
  35
  36 #include <movit/image_format.h>
  37
  38 #include "print_latency.h"
  39
  40 class Mux;
  41 class X264SpeedControl;
  42
  43 class X264Encoder {
  44 public:
  45         X264Encoder(AVOutputFormat *oformat);  // Does not take ownership.
  46
  47         // Called after the last frame. Will block; once this returns,
  48         // the last data is flushed.
  49         ~X264Encoder();
  50
  51         // Must be called before first frame. Does not take ownership.
  52         void set_mux(Mux *mux) { this->mux = mux; }
  53
  54         // <data> is taken to be raw NV12 data of WIDTHxHEIGHT resolution.
  55         // Does not block.
  56         void add_frame(int64_t pts, int64_t duration, movit::YCbCrLumaCoefficients ycbcr_coefficients, const uint8_t *data, const ReceivedTimestamps &received_ts);
  57
  58         std::string get_global_headers() const {
  59                 while (!x264_init_done) {
  60                         sched_yield();
  61                 }
  62                 return global_headers;
  63         }
  64
  65         void change_bitrate(unsigned rate_kbit) {
  66                 new_bitrate_kbit = rate_kbit;
  67         }
  68
  69 private:
  70         struct QueuedFrame {
  71                 int64_t pts, duration;
  72                 movit::YCbCrLumaCoefficients ycbcr_coefficients;
  73                 uint8_t *data;
  74                 ReceivedTimestamps received_ts;
  75         };
  76         void encoder_thread_func();
  77         void init_x264();
  78         void encode_frame(QueuedFrame qf);
  79
  80         // One big memory chunk of all 50 (or whatever) frames, allocated in
  81         // the constructor. All data functions just use pointers into this
  82         // pool.
  83         std::unique_ptr<uint8_t[]> frame_pool;
  84
  85         Mux *mux = nullptr;
  86         bool wants_global_headers;
  87
  88         std::string global_headers;
  89         std::string buffered_sei;  // Will be output before first frame, if any.
  90
  91         std::thread encoder_thread;
  92         std::atomic<bool> x264_init_done{false};
  93         std::atomic<bool> should_quit{false};
  94         x264_t *x264;
  95         std::unique_ptr<X264SpeedControl> speed_control;
  96
  97         std::function<void(x264_param_t *)> bitrate_override_func;
  98
  99         std::atomic<unsigned> new_bitrate_kbit{0};  // 0 for no change.
 100
 101         // Protects everything below it.
 102         std::mutex mu;
 103
 104         // Frames that are not being encoded or waiting to be encoded,
 105         // so that add_frame() can use new ones.
 106         std::queue<uint8_t *> free_frames;
 107
 108         // Frames that are waiting to be encoded (ie., add_frame() has been
 109         // called, but they are not picked up for encoding yet).
 110         std::queue<QueuedFrame> queued_frames;
 111
 112         // Whenever the state of <queued_frames> changes.
 113         std::condition_variable queued_frames_nonempty;
 114
 115         // Key is the pts of the frame.
 116         std::unordered_map<int64_t, ReceivedTimestamps> frames_being_encoded;
 117 };
 118
 119 #endif  // !defined(_X264ENCODE_H)