git.sesse.net Git - nageru/blob - nageru/kaeru.cpp

   1 // Kaeru (換える), a simple transcoder intended for use with Nageru.
   2
   3 #include "audio_encoder.h"
   4 #include "basic_stats.h"
   5 #include "defs.h"
   6 #include "flags.h"
   7 #include "ffmpeg_capture.h"
   8 #include "mixer.h"
   9 #include "print_latency.h"
  10 #include "shared/ffmpeg_raii.h"
  11 #include "shared/httpd.h"
  12 #include "shared/mux.h"
  13 #include "quittable_sleeper.h"
  14 #include "shared/shared_defs.h"
  15 #include "shared/timebase.h"
  16 #include "x264_encoder.h"
  17
  18 #include <assert.h>
  19 #include <bmusb/bmusb.h>
  20 #include <chrono>
  21 #include <endian.h>
  22 #include <errno.h>
  23 #include <functional>
  24 #include <memory>
  25 #include <signal.h>
  26 #include <stddef.h>
  27 #include <stdint.h>
  28 #include <stdio.h>
  29 #include <stdlib.h>
  30 #include <string.h>
  31 #include <string>
  32 #include <vector>
  33
  34 extern "C" {
  35 #include <libavcodec/bsf.h>
  36 #include <libavcodec/codec_par.h>
  37 #include <libavcodec/packet.h>
  38 #include <libavformat/avformat.h>
  39 #include <libavformat/avio.h>
  40 #include <libavformat/version.h>
  41 #include <libavutil/avutil.h>
  42 #include <libavutil/common.h>
  43 #include <libavutil/error.h>
  44 #include <libavutil/mathematics.h>
  45 #include <libavutil/mem.h>
  46 #include <libavutil/rational.h>
  47 #include <libavutil/version.h>
  48 }
  49
  50 using namespace bmusb;
  51 using namespace movit;
  52 using namespace std;
  53 using namespace std::chrono;
  54 using namespace std::placeholders;
  55
  56 Mixer *global_mixer = nullptr;
  57 X264Encoder *global_x264_encoder = nullptr;
  58 int frame_num = 0;
  59 BasicStats *global_basic_stats = nullptr;
  60 QuittableSleeper should_quit;
  61 MuxMetrics stream_mux_metrics;
  62
  63 namespace {
  64
  65 int write_packet(void *opaque, uint8_t *buf, int buf_size, AVIODataMarkerType type, int64_t time)
  66 {
  67         static bool seen_sync_markers = false;
  68         static string stream_mux_header;
  69         HTTPD *httpd = (HTTPD *)opaque;
  70
  71         if (type == AVIO_DATA_MARKER_SYNC_POINT || type == AVIO_DATA_MARKER_BOUNDARY_POINT) {
  72                 seen_sync_markers = true;
  73         } else if (type == AVIO_DATA_MARKER_UNKNOWN && !seen_sync_markers) {
  74                 // We don't know if this is a keyframe or not (the muxer could
  75                 // avoid marking it), so we just have to make the best of it.
  76                 type = AVIO_DATA_MARKER_SYNC_POINT;
  77         }
  78
  79         HTTPD::StreamID stream_id{ HTTPD::MAIN_STREAM, 0 };
  80         if (type == AVIO_DATA_MARKER_HEADER) {
  81                 stream_mux_header.append((char *)buf, buf_size);
  82                 httpd->set_header(stream_id, stream_mux_header);
  83         } else {
  84                 httpd->add_data(stream_id, (char *)buf, buf_size, type == AVIO_DATA_MARKER_SYNC_POINT, time, AVRational{ AV_TIME_BASE, 1 });
  85         }
  86         return buf_size;
  87 }
  88
  89 }  // namespace
  90
  91 unique_ptr<Mux> create_mux(HTTPD *httpd, const AVOutputFormat *oformat, X264Encoder *x264_encoder, AudioEncoder *audio_encoder)
  92 {
  93         AVFormatContext *avctx = avformat_alloc_context();
  94         avctx->oformat = oformat;  // const_cast is a hack to work in FFmpeg both before and after 5.0.
  95
  96         uint8_t *buf = (uint8_t *)av_malloc(MUX_BUFFER_SIZE);
  97         avctx->pb = avio_alloc_context(buf, MUX_BUFFER_SIZE, 1, httpd, nullptr, nullptr, nullptr);
  98         avctx->pb->write_data_type = &write_packet;
  99         avctx->pb->ignore_boundary_point = 1;
 100         avctx->flags = AVFMT_FLAG_CUSTOM_IO;
 101
 102         string video_extradata = x264_encoder->get_global_headers();
 103
 104         // If audio is disabled (ie., we won't ever see any audio packets),
 105         // set nullptr here to also not include the stream in the mux.
 106         AVCodecParameters *audio_codecpar =
 107                 global_flags.enable_audio ? audio_encoder->get_codec_parameters().release() : nullptr;
 108
 109         unique_ptr<Mux> mux;
 110         mux.reset(new Mux(avctx, global_flags.width, global_flags.height, Mux::CODEC_H264, video_extradata, audio_codecpar,
 111                 get_color_space(global_flags.ycbcr_rec709_coefficients), COARSE_TIMEBASE,
 112                 /*write_callback=*/nullptr, Mux::WRITE_FOREGROUND, { &stream_mux_metrics }));
 113         stream_mux_metrics.init({{ "destination", "http" }});
 114         return mux;
 115 }
 116
 117 void video_frame_callback(FFmpegCapture *video, X264Encoder *x264_encoder, AudioEncoder *audio_encoder,
 118                           int64_t video_pts, AVRational video_timebase,
 119                           int64_t audio_pts, AVRational audio_timebase,
 120                           uint16_t timecode,
 121                           FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, VideoFormat video_format,
 122                           FrameAllocator::Frame audio_frame, size_t audio_offset, AudioFormat audio_format)
 123 {
 124         if (video_pts >= 0 && video_frame.len > 0) {
 125                 ReceivedTimestamps ts;
 126                 ts.ts.push_back(steady_clock::now());
 127
 128                 video_pts = av_rescale_q(video_pts, video_timebase, AVRational{ 1, TIMEBASE });
 129                 int64_t frame_duration = int64_t(TIMEBASE) * video_format.frame_rate_den / video_format.frame_rate_nom;
 130                 x264_encoder->add_frame(video_pts, frame_duration, video->get_current_frame_ycbcr_format().luma_coefficients, video_frame.data + video_offset, ts);
 131                 global_basic_stats->update(frame_num++, /*dropped_frames=*/0);
 132         }
 133         if (audio_frame.len > 0) {
 134                 // FFmpegCapture takes care of this for us.
 135                 assert(audio_format.num_channels == 2);
 136                 assert(audio_format.sample_rate == OUTPUT_FREQUENCY);
 137
 138                 // TODO: Reduce some duplication against AudioMixer here.
 139                 size_t num_samples = audio_frame.len / (audio_format.bits_per_sample / 8);
 140                 vector<float> float_samples;
 141                 float_samples.resize(num_samples);
 142
 143                 if (audio_format.bits_per_sample == 16) {
 144                         const int16_t *src = (const int16_t *)audio_frame.data;
 145                         float *dst = &float_samples[0];
 146                         for (size_t i = 0; i < num_samples; ++i) {
 147                                 *dst++ = int16_t(le16toh(*src++)) * (1.0f / 32768.0f);
 148                         }
 149                 } else if (audio_format.bits_per_sample == 32) {
 150                         const int32_t *src = (const int32_t *)audio_frame.data;
 151                         float *dst = &float_samples[0];
 152                         for (size_t i = 0; i < num_samples; ++i) {
 153                                 *dst++ = int32_t(le32toh(*src++)) * (1.0f / 2147483648.0f);
 154                         }
 155                 } else {
 156                         assert(false);
 157                 }
 158                 audio_pts = av_rescale_q(audio_pts, audio_timebase, AVRational{ 1, TIMEBASE });
 159                 audio_encoder->encode_audio(float_samples, audio_pts);
 160         }
 161
 162         if (video_frame.owner) {
 163                 video_frame.owner->release_frame(video_frame);
 164         }
 165         if (audio_frame.owner) {
 166                 audio_frame.owner->release_frame(audio_frame);
 167         }
 168 }
 169
 170 void raw_packet_callback(Mux *mux, int stream_index, const AVPacket *pkt, AVRational timebase)
 171 {
 172         mux->add_packet(*pkt, pkt->pts, pkt->dts == AV_NOPTS_VALUE ? pkt->pts : pkt->dts, timebase, stream_index);
 173 }
 174
 175 void filter_packet_callback(Mux *mux, int stream_index, AVBSFContext *bsfctx, const AVPacket *pkt, AVRational timebase)
 176 {
 177         if (pkt->size <= 2 || pkt->data[0] != 0xff || (pkt->data[1] & 0xf0) != 0xf0) {
 178                 // Not ADTS data, so just pass it through.
 179                 mux->add_packet(*pkt, pkt->pts, pkt->dts == AV_NOPTS_VALUE ? pkt->pts : pkt->dts, timebase, stream_index);
 180                 return;
 181         }
 182
 183         AVPacket *in_pkt = av_packet_clone(pkt);
 184         unique_ptr<AVPacket, decltype(av_packet_unref) *> in_pkt_cleanup(in_pkt, av_packet_unref);
 185         int err = av_bsf_send_packet(bsfctx, in_pkt);
 186         if (err < 0) {
 187                 fprintf(stderr, "av_bsf_send_packet() failed with %d, ignoring\n", err);
 188         }
 189         for ( ;; ) {
 190                 AVPacketWithDeleter out_pkt = av_packet_alloc_unique();
 191                 err = av_bsf_receive_packet(bsfctx, out_pkt.get());
 192                 if (err == AVERROR(EAGAIN)) {
 193                         break;
 194                 }
 195                 if (err < 0) {
 196                         fprintf(stderr, "av_bsf_receive_packet() failed with %d, ignoring\n", err);
 197                         return;
 198                 }
 199                 mux->add_packet(*out_pkt, out_pkt->pts, out_pkt->dts == AV_NOPTS_VALUE ? out_pkt->pts : out_pkt->dts, timebase, stream_index);
 200         }
 201 }
 202
 203 void adjust_bitrate(int signal)
 204 {
 205         int new_bitrate = global_flags.x264_bitrate;
 206         if (signal == SIGUSR1) {
 207                 new_bitrate += 100;
 208                 if (new_bitrate > 100000) {
 209                         fprintf(stderr, "Ignoring SIGUSR1, can't increase bitrate below 100000 kbit/sec (currently at %d kbit/sec)\n",
 210                                 global_flags.x264_bitrate);
 211                 } else {
 212                         fprintf(stderr, "Increasing bitrate to %d kbit/sec due to SIGUSR1.\n", new_bitrate);
 213                         global_flags.x264_bitrate = new_bitrate;
 214                         global_x264_encoder->change_bitrate(new_bitrate);
 215                 }
 216         } else if (signal == SIGUSR2) {
 217                 new_bitrate -= 100;
 218                 if (new_bitrate < 100) {
 219                         fprintf(stderr, "Ignoring SIGUSR2, can't decrease bitrate below 100 kbit/sec (currently at %d kbit/sec)\n",
 220                                 global_flags.x264_bitrate);
 221                 } else {
 222                         fprintf(stderr, "Decreasing bitrate to %d kbit/sec due to SIGUSR2.\n", new_bitrate);
 223                         global_flags.x264_bitrate = new_bitrate;
 224                         global_x264_encoder->change_bitrate(new_bitrate);
 225                 }
 226         }
 227 }
 228
 229 void request_quit(int signal)
 230 {
 231         should_quit.quit();
 232 }
 233
 234 int main(int argc, char *argv[])
 235 {
 236         parse_flags(PROGRAM_KAERU, argc, argv);
 237         if (optind + 1 != argc) {
 238                 usage(PROGRAM_KAERU);
 239                 abort();
 240         }
 241         global_flags.max_num_cards = 1;  // For latency metrics.
 242
 243 #if LIBAVFORMAT_VERSION_INT < AV_VERSION_INT(58, 9, 100)
 244         av_register_all();
 245 #endif
 246         avformat_network_init();
 247
 248         HTTPD httpd;
 249
 250         const AVOutputFormat *oformat = av_guess_format(global_flags.stream_mux_name.c_str(), nullptr, nullptr);
 251         assert(oformat != nullptr);
 252
 253         unique_ptr<AudioEncoder> audio_encoder;
 254         if (global_flags.stream_audio_codec_name.empty()) {
 255                 audio_encoder.reset(new AudioEncoder(AUDIO_OUTPUT_CODEC_NAME, DEFAULT_AUDIO_OUTPUT_BIT_RATE, oformat));
 256         } else {
 257                 audio_encoder.reset(new AudioEncoder(global_flags.stream_audio_codec_name, global_flags.stream_audio_codec_bitrate, oformat));
 258         }
 259
 260         unique_ptr<X264Encoder> x264_encoder(new X264Encoder(oformat, /*use_separate_disk_params=*/false));
 261         unique_ptr<Mux> http_mux = create_mux(&httpd, oformat, x264_encoder.get(), audio_encoder.get());
 262         if (global_flags.transcode_audio) {
 263                 audio_encoder->add_mux(http_mux.get());
 264         }
 265         if (global_flags.transcode_video) {
 266                 x264_encoder->add_mux(http_mux.get());
 267         }
 268         global_x264_encoder = x264_encoder.get();
 269
 270         FFmpegCapture video(argv[optind], global_flags.width, global_flags.height);
 271         video.set_pixel_format(FFmpegCapture::PixelFormat_NV12);
 272         if (global_flags.transcode_video) {
 273                 video.set_frame_callback(bind(video_frame_callback, &video, x264_encoder.get(), audio_encoder.get(), _1, _2, _3, _4, _5, _6, _7, _8, _9, _10, _11));
 274         } else {
 275                 video.set_video_callback(bind(raw_packet_callback, http_mux.get(), /*stream_index=*/0, _1, _2));
 276         }
 277         if (!global_flags.transcode_audio && global_flags.enable_audio) {
 278                 AVBSFContext *bsfctx = nullptr;
 279                 if (strcmp(oformat->name, "mp4") == 0 && strcmp(audio_encoder->get_codec()->name, "aac") == 0) {
 280                         // We need to insert the aac_adtstoasc filter, seemingly (or we will get warnings to do so).
 281                         const AVBitStreamFilter *filter = av_bsf_get_by_name("aac_adtstoasc");
 282                         int err = av_bsf_alloc(filter, &bsfctx);
 283                         if (err < 0) {
 284                                 fprintf(stderr, "av_bsf_alloc() failed with %d\n", err);
 285                                 exit(1);
 286                         }
 287                 }
 288                 if (bsfctx == nullptr) {
 289                         video.set_audio_callback(bind(raw_packet_callback, http_mux.get(), /*stream_index=*/1, _1, _2));
 290                 } else {
 291                         video.set_audio_callback(bind(filter_packet_callback, http_mux.get(), /*stream_index=*/1, bsfctx, _1, _2));
 292                 }
 293         }
 294         video.configure_card();
 295         video.start_bm_capture();
 296         video.change_rate(10.0);  // Play as fast as possible.
 297
 298         BasicStats basic_stats(/*verbose=*/false, /*use_opengl=*/false);
 299         global_basic_stats = &basic_stats;
 300         httpd.start(global_flags.http_port);
 301
 302         signal(SIGUSR1, adjust_bitrate);
 303         signal(SIGUSR2, adjust_bitrate);
 304         signal(SIGINT, request_quit);
 305
 306         while (!should_quit.should_quit()) {
 307                 should_quit.sleep_for(hours(1000));
 308         }
 309
 310         video.stop_dequeue_thread();
 311         // Stop the x264 encoder before killing the mux it's writing to.
 312         global_x264_encoder = nullptr;
 313         x264_encoder.reset();
 314         return 0;
 315 }