c0414249522d554547c6b3422b0aeef247d22518
[ffmpeg.git] / libavdevice / v4l2.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2000,2001 Fabrice Bellard
3  * Copyright (c) 2006 Luca Abeni
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  * Video4Linux2 grab interface
25  *
26  * Part of this file is based on the V4L2 video capture example
27  * (http://linuxtv.org/downloads/v4l-dvb-apis/capture-example.html)
28  *
29  * Thanks to Michael Niedermayer for providing the mapping between
30  * V4L2_PIX_FMT_* and AV_PIX_FMT_*
31  */
32
33 #undef __STRICT_ANSI__ //workaround due to broken kernel headers
34 #include "config.h"
35 #include "libavformat/internal.h"
36 #include <unistd.h>
37 #include <fcntl.h>
38 #include <sys/ioctl.h>
39 #include <sys/mman.h>
40 #include <sys/time.h>
41 #if HAVE_SYS_VIDEOIO_H
42 #include <sys/videoio.h>
43 #else
44 #if HAVE_ASM_TYPES_H
45 #include <asm/types.h>
46 #endif
47 #include <linux/videodev2.h>
48 #endif
49 #include "libavutil/atomic.h"
50 #include "libavutil/avassert.h"
51 #include "libavutil/imgutils.h"
52 #include "libavutil/log.h"
53 #include "libavutil/opt.h"
54 #include "avdevice.h"
55 #include "timefilter.h"
56 #include "libavutil/parseutils.h"
57 #include "libavutil/pixdesc.h"
58 #include "libavutil/time.h"
59 #include "libavutil/avstring.h"
60
61 #if CONFIG_LIBV4L2
62 #include <libv4l2.h>
63 #else
64 #define v4l2_open   open
65 #define v4l2_close  close
66 #define v4l2_dup    dup
67 #define v4l2_ioctl  ioctl
68 #define v4l2_read   read
69 #define v4l2_mmap   mmap
70 #define v4l2_munmap munmap
71 #endif
72
73 static const int desired_video_buffers = 256;
74
75 #define V4L_ALLFORMATS  3
76 #define V4L_RAWFORMATS  1
77 #define V4L_COMPFORMATS 2
78
79 /**
80  * Return timestamps to the user exactly as returned by the kernel
81  */
82 #define V4L_TS_DEFAULT  0
83 /**
84  * Autodetect the kind of timestamps returned by the kernel and convert to
85  * absolute (wall clock) timestamps.
86  */
87 #define V4L_TS_ABS      1
88 /**
89  * Assume kernel timestamps are from the monotonic clock and convert to
90  * absolute timestamps.
91  */
92 #define V4L_TS_MONO2ABS 2
93
94 /**
95  * Once the kind of timestamps returned by the kernel have been detected,
96  * the value of the timefilter (NULL or not) determines whether a conversion
97  * takes place.
98  */
99 #define V4L_TS_CONVERT_READY V4L_TS_DEFAULT
100
101 struct video_data {
102     AVClass *class;
103     int fd;
104     int frame_format; /* V4L2_PIX_FMT_* */
105     int width, height;
106     int frame_size;
107     int interlaced;
108     int top_field_first;
109     int ts_mode;
110     TimeFilter *timefilter;
111     int64_t last_time_m;
112
113     int buffers;
114     volatile int buffers_queued;
115     void **buf_start;
116     unsigned int *buf_len;
117     char *standard;
118     v4l2_std_id std_id;
119     int channel;
120     char *pixel_format; /**< Set by a private option. */
121     int list_format;    /**< Set by a private option. */
122     int list_standard;  /**< Set by a private option. */
123     char *framerate;    /**< Set by a private option. */
124 };
125
126 struct buff_data {
127     struct video_data *s;
128     int index;
129 };
130
131 struct fmt_map {
132     enum AVPixelFormat ff_fmt;
133     enum AVCodecID codec_id;
134     uint32_t v4l2_fmt;
135 };
136
137 static struct fmt_map fmt_conversion_table[] = {
138     //ff_fmt           codec_id           v4l2_fmt
139     { AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_YUV420  },
140     { AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_YVU420  },
141     { AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_YUV422P },
142     { AV_PIX_FMT_YUYV422, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_YUYV    },
143     { AV_PIX_FMT_UYVY422, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_UYVY    },
144     { AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_YUV411P },
145     { AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_YUV410  },
146     { AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_YVU410  },
147     { AV_PIX_FMT_RGB555LE,AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_RGB555  },
148     { AV_PIX_FMT_RGB555BE,AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_RGB555X },
149     { AV_PIX_FMT_RGB565LE,AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_RGB565  },
150     { AV_PIX_FMT_RGB565BE,AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_RGB565X },
151     { AV_PIX_FMT_BGR24,   AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_BGR24   },
152     { AV_PIX_FMT_RGB24,   AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_RGB24   },
153     { AV_PIX_FMT_BGR0,    AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_BGR32   },
154     { AV_PIX_FMT_0RGB,    AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_RGB32   },
155     { AV_PIX_FMT_GRAY8,   AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_GREY    },
156 #ifdef V4L2_PIX_FMT_Y16
157     { AV_PIX_FMT_GRAY16LE,AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_Y16     },
158 #endif
159     { AV_PIX_FMT_NV12,    AV_CODEC_ID_RAWVIDEO, V4L2_PIX_FMT_NV12    },
160     { AV_PIX_FMT_NONE,    AV_CODEC_ID_MJPEG,    V4L2_PIX_FMT_MJPEG   },
161     { AV_PIX_FMT_NONE,    AV_CODEC_ID_MJPEG,    V4L2_PIX_FMT_JPEG    },
162 #ifdef V4L2_PIX_FMT_H264
163     { AV_PIX_FMT_NONE,    AV_CODEC_ID_H264,     V4L2_PIX_FMT_H264    },
164 #endif
165 #ifdef V4L2_PIX_FMT_CPIA1
166     { AV_PIX_FMT_NONE,    AV_CODEC_ID_CPIA,     V4L2_PIX_FMT_CPIA1   },
167 #endif
168 };
169
170 static int device_open(AVFormatContext *ctx)
171 {
172     struct v4l2_capability cap;
173     int fd;
174     int ret;
175     int flags = O_RDWR;
176
177     if (ctx->flags & AVFMT_FLAG_NONBLOCK) {
178         flags |= O_NONBLOCK;
179     }
180
181     fd = v4l2_open(ctx->filename, flags, 0);
182     if (fd < 0) {
183         ret = AVERROR(errno);
184         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot open video device %s: %s\n",
185                ctx->filename, av_err2str(ret));
186         return ret;
187     }
188
189     if (v4l2_ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap) < 0) {
190         ret = AVERROR(errno);
191         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYCAP): %s\n",
192                av_err2str(ret));
193         goto fail;
194     }
195
196     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "fd:%d capabilities:%x\n",
197            fd, cap.capabilities);
198
199     if (!(cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE)) {
200         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Not a video capture device.\n");
201         ret = AVERROR(ENODEV);
202         goto fail;
203     }
204
205     if (!(cap.capabilities & V4L2_CAP_STREAMING)) {
206         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
207                "The device does not support the streaming I/O method.\n");
208         ret = AVERROR(ENOSYS);
209         goto fail;
210     }
211
212     return fd;
213
214 fail:
215     v4l2_close(fd);
216     return ret;
217 }
218
219 static int device_init(AVFormatContext *ctx, int *width, int *height,
220                        uint32_t pix_fmt)
221 {
222     struct video_data *s = ctx->priv_data;
223     int fd = s->fd;
224     struct v4l2_format fmt = { .type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE };
225     struct v4l2_pix_format *pix = &fmt.fmt.pix;
226
227     int res = 0;
228
229     pix->width = *width;
230     pix->height = *height;
231     pix->pixelformat = pix_fmt;
232     pix->field = V4L2_FIELD_ANY;
233
234     if (v4l2_ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) < 0)
235         res = AVERROR(errno);
236
237     if ((*width != fmt.fmt.pix.width) || (*height != fmt.fmt.pix.height)) {
238         av_log(ctx, AV_LOG_INFO,
239                "The V4L2 driver changed the video from %dx%d to %dx%d\n",
240                *width, *height, fmt.fmt.pix.width, fmt.fmt.pix.height);
241         *width = fmt.fmt.pix.width;
242         *height = fmt.fmt.pix.height;
243     }
244
245     if (pix_fmt != fmt.fmt.pix.pixelformat) {
246         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG,
247                "The V4L2 driver changed the pixel format "
248                "from 0x%08X to 0x%08X\n",
249                pix_fmt, fmt.fmt.pix.pixelformat);
250         res = AVERROR(EINVAL);
251     }
252
253     if (fmt.fmt.pix.field == V4L2_FIELD_INTERLACED) {
254         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG,
255                "The V4L2 driver is using the interlaced mode\n");
256         s->interlaced = 1;
257     }
258
259     return res;
260 }
261
262 static int first_field(int fd)
263 {
264     int res;
265     v4l2_std_id std;
266
267     res = v4l2_ioctl(fd, VIDIOC_G_STD, &std);
268     if (res < 0) {
269         return 0;
270     }
271     if (std & V4L2_STD_NTSC) {
272         return 0;
273     }
274
275     return 1;
276 }
277
278 static uint32_t fmt_ff2v4l(enum AVPixelFormat pix_fmt, enum AVCodecID codec_id)
279 {
280     int i;
281
282     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(fmt_conversion_table); i++) {
283         if ((codec_id == AV_CODEC_ID_NONE ||
284              fmt_conversion_table[i].codec_id == codec_id) &&
285             (pix_fmt == AV_PIX_FMT_NONE ||
286              fmt_conversion_table[i].ff_fmt == pix_fmt)) {
287             return fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
288         }
289     }
290
291     return 0;
292 }
293
294 static enum AVPixelFormat fmt_v4l2ff(uint32_t v4l2_fmt, enum AVCodecID codec_id)
295 {
296     int i;
297
298     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(fmt_conversion_table); i++) {
299         if (fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt == v4l2_fmt &&
300             fmt_conversion_table[i].codec_id == codec_id) {
301             return fmt_conversion_table[i].ff_fmt;
302         }
303     }
304
305     return AV_PIX_FMT_NONE;
306 }
307
308 static enum AVCodecID fmt_v4l2codec(uint32_t v4l2_fmt)
309 {
310     int i;
311
312     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(fmt_conversion_table); i++) {
313         if (fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt == v4l2_fmt) {
314             return fmt_conversion_table[i].codec_id;
315         }
316     }
317
318     return AV_CODEC_ID_NONE;
319 }
320
321 #if HAVE_STRUCT_V4L2_FRMIVALENUM_DISCRETE
322 static void list_framesizes(AVFormatContext *ctx, int fd, uint32_t pixelformat)
323 {
324     struct v4l2_frmsizeenum vfse = { .pixel_format = pixelformat };
325
326     while(!ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FRAMESIZES, &vfse)) {
327         switch (vfse.type) {
328         case V4L2_FRMSIZE_TYPE_DISCRETE:
329             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, " %ux%u",
330                    vfse.discrete.width, vfse.discrete.height);
331         break;
332         case V4L2_FRMSIZE_TYPE_CONTINUOUS:
333         case V4L2_FRMSIZE_TYPE_STEPWISE:
334             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, " {%u-%u, %u}x{%u-%u, %u}",
335                    vfse.stepwise.min_width,
336                    vfse.stepwise.max_width,
337                    vfse.stepwise.step_width,
338                    vfse.stepwise.min_height,
339                    vfse.stepwise.max_height,
340                    vfse.stepwise.step_height);
341         }
342         vfse.index++;
343     }
344 }
345 #endif
346
347 static void list_formats(AVFormatContext *ctx, int fd, int type)
348 {
349     struct v4l2_fmtdesc vfd = { .type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE };
350
351     while(!ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &vfd)) {
352         enum AVCodecID codec_id = fmt_v4l2codec(vfd.pixelformat);
353         enum AVPixelFormat pix_fmt = fmt_v4l2ff(vfd.pixelformat, codec_id);
354
355         vfd.index++;
356
357         if (!(vfd.flags & V4L2_FMT_FLAG_COMPRESSED) &&
358             type & V4L_RAWFORMATS) {
359             const char *fmt_name = av_get_pix_fmt_name(pix_fmt);
360             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Raw       : %9s : %20s :",
361                    fmt_name ? fmt_name : "Unsupported",
362                    vfd.description);
363         } else if (vfd.flags & V4L2_FMT_FLAG_COMPRESSED &&
364                    type & V4L_COMPFORMATS) {
365             AVCodec *codec = avcodec_find_decoder(codec_id);
366             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Compressed: %9s : %20s :",
367                    codec ? codec->name : "Unsupported",
368                    vfd.description);
369         } else {
370             continue;
371         }
372
373 #ifdef V4L2_FMT_FLAG_EMULATED
374         if (vfd.flags & V4L2_FMT_FLAG_EMULATED) {
375             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "%s", "Emulated");
376             continue;
377         }
378 #endif
379 #if HAVE_STRUCT_V4L2_FRMIVALENUM_DISCRETE
380         list_framesizes(ctx, fd, vfd.pixelformat);
381 #endif
382         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "\n");
383     }
384 }
385
386 static void list_standards(AVFormatContext *ctx)
387 {
388     int ret;
389     struct video_data *s = ctx->priv_data;
390     struct v4l2_standard standard;
391
392     if (s->std_id == 0)
393         return;
394
395     for (standard.index = 0; ; standard.index++) {
396         if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard) < 0) {
397             ret = AVERROR(errno);
398             if (ret == AVERROR(EINVAL)) {
399                 break;
400             } else {
401                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_ENUMSTD): %s\n", av_err2str(ret));
402                 return;
403             }
404         }
405         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "%2d, %16llx, %s\n",
406                standard.index, standard.id, standard.name);
407     }
408 }
409
410 static int mmap_init(AVFormatContext *ctx)
411 {
412     int i, res;
413     struct video_data *s = ctx->priv_data;
414     struct v4l2_requestbuffers req = {
415         .type   = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE,
416         .count  = desired_video_buffers,
417         .memory = V4L2_MEMORY_MMAP
418     };
419
420     if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) < 0) {
421         res = AVERROR(errno);
422         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_REQBUFS): %s\n", av_err2str(res));
423         return res;
424     }
425
426     if (req.count < 2) {
427         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Insufficient buffer memory\n");
428         return AVERROR(ENOMEM);
429     }
430     s->buffers = req.count;
431     s->buf_start = av_malloc(sizeof(void *) * s->buffers);
432     if (s->buf_start == NULL) {
433         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer pointers\n");
434         return AVERROR(ENOMEM);
435     }
436     s->buf_len = av_malloc(sizeof(unsigned int) * s->buffers);
437     if (s->buf_len == NULL) {
438         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer sizes\n");
439         av_free(s->buf_start);
440         return AVERROR(ENOMEM);
441     }
442
443     for (i = 0; i < req.count; i++) {
444         struct v4l2_buffer buf = {
445             .type   = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE,
446             .index  = i,
447             .memory = V4L2_MEMORY_MMAP
448         };
449         if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) < 0) {
450             res = AVERROR(errno);
451             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYBUF): %s\n", av_err2str(res));
452             return res;
453         }
454
455         s->buf_len[i] = buf.length;
456         if (s->frame_size > 0 && s->buf_len[i] < s->frame_size) {
457             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
458                    "buf_len[%d] = %d < expected frame size %d\n",
459                    i, s->buf_len[i], s->frame_size);
460             return AVERROR(ENOMEM);
461         }
462         s->buf_start[i] = v4l2_mmap(NULL, buf.length,
463                                PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
464                                s->fd, buf.m.offset);
465
466         if (s->buf_start[i] == MAP_FAILED) {
467             res = AVERROR(errno);
468             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "mmap: %s\n", av_err2str(res));
469             return res;
470         }
471     }
472
473     return 0;
474 }
475
476 #if FF_API_DESTRUCT_PACKET
477 static void dummy_release_buffer(AVPacket *pkt)
478 {
479     av_assert0(0);
480 }
481 #endif
482
483 static void mmap_release_buffer(void *opaque, uint8_t *data)
484 {
485     struct v4l2_buffer buf = { 0 };
486     int res;
487     struct buff_data *buf_descriptor = opaque;
488     struct video_data *s = buf_descriptor->s;
489
490     buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
491     buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
492     buf.index = buf_descriptor->index;
493     av_free(buf_descriptor);
494
495     if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf) < 0) {
496         res = AVERROR(errno);
497         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF): %s\n",
498                av_err2str(res));
499     }
500
501     avpriv_atomic_int_add_and_fetch(&s->buffers_queued, 1);
502 }
503
504 #if HAVE_CLOCK_GETTIME && defined(CLOCK_MONOTONIC)
505 static int64_t av_gettime_monotonic(void)
506 {
507     struct timespec tv;
508
509     clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tv);
510     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_nsec / 1000;
511 }
512 #endif
513
514 static int init_convert_timestamp(AVFormatContext *ctx, int64_t ts)
515 {
516     struct video_data *s = ctx->priv_data;
517     int64_t now;
518
519     now = av_gettime();
520     if (s->ts_mode == V4L_TS_ABS &&
521         ts <= now + 1 * AV_TIME_BASE && ts >= now - 10 * AV_TIME_BASE) {
522         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Detected absolute timestamps\n");
523         s->ts_mode = V4L_TS_CONVERT_READY;
524         return 0;
525     }
526 #if HAVE_CLOCK_GETTIME && defined(CLOCK_MONOTONIC)
527     now = av_gettime_monotonic();
528     if (s->ts_mode == V4L_TS_MONO2ABS ||
529         (ts <= now + 1 * AV_TIME_BASE && ts >= now - 10 * AV_TIME_BASE)) {
530         AVRational tb = {AV_TIME_BASE, 1};
531         int64_t period = av_rescale_q(1, tb, ctx->streams[0]->avg_frame_rate);
532         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Detected monotonic timestamps, converting\n");
533         /* microseconds instead of seconds, MHz instead of Hz */
534         s->timefilter = ff_timefilter_new(1, period, 1.0E-6);
535         s->ts_mode = V4L_TS_CONVERT_READY;
536         return 0;
537     }
538 #endif
539     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown timestamps\n");
540     return AVERROR(EIO);
541 }
542
543 static int convert_timestamp(AVFormatContext *ctx, int64_t *ts)
544 {
545     struct video_data *s = ctx->priv_data;
546
547     if (s->ts_mode) {
548         int r = init_convert_timestamp(ctx, *ts);
549         if (r < 0)
550             return r;
551     }
552 #if HAVE_CLOCK_GETTIME && defined(CLOCK_MONOTONIC)
553     if (s->timefilter) {
554         int64_t nowa = av_gettime();
555         int64_t nowm = av_gettime_monotonic();
556         ff_timefilter_update(s->timefilter, nowa, nowm - s->last_time_m);
557         s->last_time_m = nowm;
558         *ts = ff_timefilter_eval(s->timefilter, *ts - nowm);
559     }
560 #endif
561     return 0;
562 }
563
564 static int mmap_read_frame(AVFormatContext *ctx, AVPacket *pkt)
565 {
566     struct video_data *s = ctx->priv_data;
567     struct v4l2_buffer buf = {
568         .type   = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE,
569         .memory = V4L2_MEMORY_MMAP
570     };
571     int res;
572
573     /* FIXME: Some special treatment might be needed in case of loss of signal... */
574     while ((res = v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_DQBUF, &buf)) < 0 && (errno == EINTR));
575     if (res < 0) {
576         if (errno == EAGAIN) {
577             pkt->size = 0;
578             return AVERROR(EAGAIN);
579         }
580         res = AVERROR(errno);
581         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_DQBUF): %s\n", av_err2str(res));
582         return res;
583     }
584
585     if (buf.index >= s->buffers) {
586         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid buffer index received.\n");
587         return AVERROR(EINVAL);
588     }
589     avpriv_atomic_int_add_and_fetch(&s->buffers_queued, -1);
590     // always keep at least one buffer queued
591     av_assert0(avpriv_atomic_int_get(&s->buffers_queued) >= 1);
592
593     /* CPIA is a compressed format and we don't know the exact number of bytes
594      * used by a frame, so set it here as the driver announces it.
595      */
596     if (ctx->video_codec_id == AV_CODEC_ID_CPIA)
597         s->frame_size = buf.bytesused;
598
599     if (s->frame_size > 0 && buf.bytesused != s->frame_size) {
600         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
601                "The v4l2 frame is %d bytes, but %d bytes are expected\n",
602                buf.bytesused, s->frame_size);
603         return AVERROR_INVALIDDATA;
604     }
605
606     /* Image is at s->buff_start[buf.index] */
607     if (avpriv_atomic_int_get(&s->buffers_queued) == FFMAX(s->buffers / 8, 1)) {
608         /* when we start getting low on queued buffers, fallback to copying data */
609         res = av_new_packet(pkt, buf.bytesused);
610         if (res < 0) {
611             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating a packet.\n");
612             if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == 0)
613                 avpriv_atomic_int_add_and_fetch(&s->buffers_queued, 1);
614             return res;
615         }
616         memcpy(pkt->data, s->buf_start[buf.index], buf.bytesused);
617
618         if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf) < 0) {
619             res = AVERROR(errno);
620             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF): %s\n", av_err2str(res));
621             av_free_packet(pkt);
622             return res;
623         }
624         avpriv_atomic_int_add_and_fetch(&s->buffers_queued, 1);
625     } else {
626         struct buff_data *buf_descriptor;
627
628         pkt->data     = s->buf_start[buf.index];
629         pkt->size     = buf.bytesused;
630 #if FF_API_DESTRUCT_PACKET
631         pkt->destruct = dummy_release_buffer;
632 #endif
633
634         buf_descriptor = av_malloc(sizeof(struct buff_data));
635         if (buf_descriptor == NULL) {
636             /* Something went wrong... Since av_malloc() failed, we cannot even
637              * allocate a buffer for memcpying into it
638              */
639             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate a buffer descriptor\n");
640             if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == 0)
641                 avpriv_atomic_int_add_and_fetch(&s->buffers_queued, 1);
642
643             return AVERROR(ENOMEM);
644         }
645         buf_descriptor->index = buf.index;
646         buf_descriptor->s     = s;
647
648         pkt->buf = av_buffer_create(pkt->data, pkt->size, mmap_release_buffer,
649                                     buf_descriptor, 0);
650         if (!pkt->buf) {
651             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to create a buffer\n");
652             if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == 0)
653                 avpriv_atomic_int_add_and_fetch(&s->buffers_queued, 1);
654             av_freep(&buf_descriptor);
655             return AVERROR(ENOMEM);
656         }
657     }
658     pkt->pts = buf.timestamp.tv_sec * INT64_C(1000000) + buf.timestamp.tv_usec;
659     convert_timestamp(ctx, &pkt->pts);
660
661     return s->buf_len[buf.index];
662 }
663
664 static int mmap_start(AVFormatContext *ctx)
665 {
666     struct video_data *s = ctx->priv_data;
667     enum v4l2_buf_type type;
668     int i, res;
669
670     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
671         struct v4l2_buffer buf = {
672             .type   = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE,
673             .index  = i,
674             .memory = V4L2_MEMORY_MMAP
675         };
676
677         if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf) < 0) {
678             res = AVERROR(errno);
679             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF): %s\n", av_err2str(res));
680             return res;
681         }
682     }
683     s->buffers_queued = s->buffers;
684
685     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
686     if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_STREAMON, &type) < 0) {
687         res = AVERROR(errno);
688         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_STREAMON): %s\n", av_err2str(res));
689         return res;
690     }
691
692     return 0;
693 }
694
695 static void mmap_close(struct video_data *s)
696 {
697     enum v4l2_buf_type type;
698     int i;
699
700     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
701     /* We do not check for the result, because we could
702      * not do anything about it anyway...
703      */
704     v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);
705     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
706         v4l2_munmap(s->buf_start[i], s->buf_len[i]);
707     }
708     av_free(s->buf_start);
709     av_free(s->buf_len);
710 }
711
712 static int v4l2_set_parameters(AVFormatContext *s1)
713 {
714     struct video_data *s = s1->priv_data;
715     struct v4l2_standard standard = { 0 };
716     struct v4l2_streamparm streamparm = { 0 };
717     struct v4l2_fract *tpf;
718     AVRational framerate_q = { 0 };
719     int i, ret;
720
721     if (s->framerate &&
722         (ret = av_parse_video_rate(&framerate_q, s->framerate)) < 0) {
723         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Could not parse framerate '%s'.\n",
724                s->framerate);
725         return ret;
726     }
727
728     if (s->standard) {
729         if (s->std_id) {
730             ret = 0;
731             av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "Setting standard: %s\n", s->standard);
732             /* set tv standard */
733             for (i = 0; ; i++) {
734                 standard.index = i;
735                 if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard) < 0) {
736                     ret = AVERROR(errno);
737                     break;
738                 }
739                 if (!av_strcasecmp(standard.name, s->standard))
740                     break;
741             }
742             if (ret < 0) {
743                 av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Unknown or unsupported standard '%s'\n", s->standard);
744                 return ret;
745             }
746
747             if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_S_STD, &standard.id) < 0) {
748                 ret = AVERROR(errno);
749                 av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_S_STD): %s\n", av_err2str(ret));
750                 return ret;
751             }
752         } else {
753             av_log(s1, AV_LOG_WARNING,
754                    "This device does not support any standard\n");
755         }
756     }
757
758     /* get standard */
759     if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_G_STD, &s->std_id) == 0) {
760         tpf = &standard.frameperiod;
761         for (i = 0; ; i++) {
762             standard.index = i;
763             if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard) < 0) {
764                 ret = AVERROR(errno);
765                 av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_ENUMSTD): %s\n", av_err2str(ret));
766                 return ret;
767             }
768             if (standard.id == s->std_id) {
769                 av_log(s1, AV_LOG_DEBUG,
770                        "Current standard: %s, id: %"PRIu64", frameperiod: %d/%d\n",
771                        standard.name, (uint64_t)standard.id, tpf->numerator, tpf->denominator);
772                 break;
773             }
774         }
775     } else {
776         tpf = &streamparm.parm.capture.timeperframe;
777     }
778
779     streamparm.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
780     if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_G_PARM, &streamparm) < 0) {
781         ret = AVERROR(errno);
782         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_G_PARM): %s\n", av_err2str(ret));
783         return ret;
784     }
785
786     if (framerate_q.num && framerate_q.den) {
787         if (streamparm.parm.capture.capability & V4L2_CAP_TIMEPERFRAME) {
788             tpf = &streamparm.parm.capture.timeperframe;
789
790             av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "Setting time per frame to %d/%d\n",
791                    framerate_q.den, framerate_q.num);
792             tpf->numerator   = framerate_q.den;
793             tpf->denominator = framerate_q.num;
794
795             if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_S_PARM, &streamparm) < 0) {
796                 ret = AVERROR(errno);
797                 av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_S_PARM): %s\n", av_err2str(ret));
798                 return ret;
799             }
800
801             if (framerate_q.num != tpf->denominator ||
802                 framerate_q.den != tpf->numerator) {
803                 av_log(s1, AV_LOG_INFO,
804                        "The driver changed the time per frame from "
805                        "%d/%d to %d/%d\n",
806                        framerate_q.den, framerate_q.num,
807                        tpf->numerator, tpf->denominator);
808             }
809         } else {
810             av_log(s1, AV_LOG_WARNING,
811                    "The driver does not allow to change time per frame\n");
812         }
813     }
814     s1->streams[0]->avg_frame_rate.num = tpf->denominator;
815     s1->streams[0]->avg_frame_rate.den = tpf->numerator;
816     s1->streams[0]->r_frame_rate = s1->streams[0]->avg_frame_rate;
817
818     return 0;
819 }
820
821 static int device_try_init(AVFormatContext *s1,
822                            enum AVPixelFormat pix_fmt,
823                            int *width,
824                            int *height,
825                            uint32_t *desired_format,
826                            enum AVCodecID *codec_id)
827 {
828     int ret, i;
829
830     *desired_format = fmt_ff2v4l(pix_fmt, s1->video_codec_id);
831
832     if (*desired_format) {
833         ret = device_init(s1, width, height, *desired_format);
834         if (ret < 0) {
835             *desired_format = 0;
836             if (ret != AVERROR(EINVAL))
837                 return ret;
838         }
839     }
840
841     if (!*desired_format) {
842         for (i = 0; i<FF_ARRAY_ELEMS(fmt_conversion_table); i++) {
843             if (s1->video_codec_id == AV_CODEC_ID_NONE ||
844                 fmt_conversion_table[i].codec_id == s1->video_codec_id) {
845                 av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "Trying to set codec:%s pix_fmt:%s\n",
846                        avcodec_get_name(fmt_conversion_table[i].codec_id),
847                        (char *)av_x_if_null(av_get_pix_fmt_name(fmt_conversion_table[i].ff_fmt), "none"));
848
849                 *desired_format = fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
850                 ret = device_init(s1, width, height, *desired_format);
851                 if (ret >= 0)
852                     break;
853                 else if (ret != AVERROR(EINVAL))
854                     return ret;
855                 *desired_format = 0;
856             }
857         }
858
859         if (*desired_format == 0) {
860             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Cannot find a proper format for "
861                    "codec '%s' (id %d), pixel format '%s' (id %d)\n",
862                    avcodec_get_name(s1->video_codec_id), s1->video_codec_id,
863                    (char *)av_x_if_null(av_get_pix_fmt_name(pix_fmt), "none"), pix_fmt);
864             ret = AVERROR(EINVAL);
865         }
866     }
867
868     *codec_id = fmt_v4l2codec(*desired_format);
869     av_assert0(*codec_id != AV_CODEC_ID_NONE);
870     return ret;
871 }
872
873 static int v4l2_read_header(AVFormatContext *s1)
874 {
875     struct video_data *s = s1->priv_data;
876     AVStream *st;
877     int res = 0;
878     uint32_t desired_format;
879     enum AVCodecID codec_id = AV_CODEC_ID_NONE;
880     enum AVPixelFormat pix_fmt = AV_PIX_FMT_NONE;
881     struct v4l2_input input = { 0 };
882
883     st = avformat_new_stream(s1, NULL);
884     if (!st)
885         return AVERROR(ENOMEM);
886
887 #if CONFIG_LIBV4L2
888     /* silence libv4l2 logging. if fopen() fails v4l2_log_file will be NULL
889        and errors will get sent to stderr */
890     v4l2_log_file = fopen("/dev/null", "w");
891 #endif
892
893     s->fd = device_open(s1);
894     if (s->fd < 0)
895         return s->fd;
896
897     if (s->channel != -1) {
898         /* set video input */
899         av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "Selecting input_channel: %d\n", s->channel);
900         if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_S_INPUT, &s->channel) < 0) {
901             res = AVERROR(errno);
902             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_S_INPUT): %s\n", av_err2str(res));
903             return res;
904         }
905     } else {
906         /* get current video input */
907         if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_G_INPUT, &s->channel) < 0) {
908             res = AVERROR(errno);
909             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_G_INPUT): %s\n", av_err2str(res));
910             return res;
911         }
912     }
913
914     /* enum input */
915     input.index = s->channel;
916     if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_ENUMINPUT, &input) < 0) {
917         res = AVERROR(errno);
918         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_ENUMINPUT): %s\n", av_err2str(res));
919         return res;
920     }
921     s->std_id = input.std;
922     av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "Current input_channel: %d, input_name: %s\n",
923            s->channel, input.name);
924
925     if (s->list_format) {
926         list_formats(s1, s->fd, s->list_format);
927         return AVERROR_EXIT;
928     }
929
930     if (s->list_standard) {
931         list_standards(s1);
932         return AVERROR_EXIT;
933     }
934
935     avpriv_set_pts_info(st, 64, 1, 1000000); /* 64 bits pts in us */
936
937     if (s->pixel_format) {
938         AVCodec *codec = avcodec_find_decoder_by_name(s->pixel_format);
939
940         if (codec)
941             s1->video_codec_id = codec->id;
942
943         pix_fmt = av_get_pix_fmt(s->pixel_format);
944
945         if (pix_fmt == AV_PIX_FMT_NONE && !codec) {
946             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "No such input format: %s.\n",
947                    s->pixel_format);
948
949             return AVERROR(EINVAL);
950         }
951     }
952
953     if (!s->width && !s->height) {
954         struct v4l2_format fmt;
955
956         av_log(s1, AV_LOG_VERBOSE,
957                "Querying the device for the current frame size\n");
958         fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
959         if (v4l2_ioctl(s->fd, VIDIOC_G_FMT, &fmt) < 0) {
960             res = AVERROR(errno);
961             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_G_FMT): %s\n", av_err2str(res));
962             return res;
963         }
964
965         s->width  = fmt.fmt.pix.width;
966         s->height = fmt.fmt.pix.height;
967         av_log(s1, AV_LOG_VERBOSE,
968                "Setting frame size to %dx%d\n", s->width, s->height);
969     }
970
971     res = device_try_init(s1, pix_fmt, &s->width, &s->height, &desired_format, &codec_id);
972     if (res < 0) {
973         v4l2_close(s->fd);
974         return res;
975     }
976
977     /* If no pixel_format was specified, the codec_id was not known up
978      * until now. Set video_codec_id in the context, as codec_id will
979      * not be available outside this function
980      */
981     if (codec_id != AV_CODEC_ID_NONE && s1->video_codec_id == AV_CODEC_ID_NONE)
982         s1->video_codec_id = codec_id;
983
984     if ((res = av_image_check_size(s->width, s->height, 0, s1)) < 0)
985         return res;
986
987     s->frame_format = desired_format;
988
989     if ((res = v4l2_set_parameters(s1)) < 0)
990         return res;
991
992     st->codec->pix_fmt = fmt_v4l2ff(desired_format, codec_id);
993     s->frame_size =
994         avpicture_get_size(st->codec->pix_fmt, s->width, s->height);
995
996     if ((res = mmap_init(s1)) ||
997         (res = mmap_start(s1)) < 0) {
998         v4l2_close(s->fd);
999         return res;
1000     }
1001
1002     s->top_field_first = first_field(s->fd);
1003
1004     st->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
1005     st->codec->codec_id = codec_id;
1006     if (codec_id == AV_CODEC_ID_RAWVIDEO)
1007         st->codec->codec_tag =
1008             avcodec_pix_fmt_to_codec_tag(st->codec->pix_fmt);
1009     if (desired_format == V4L2_PIX_FMT_YVU420)
1010         st->codec->codec_tag = MKTAG('Y', 'V', '1', '2');
1011     else if (desired_format == V4L2_PIX_FMT_YVU410)
1012         st->codec->codec_tag = MKTAG('Y', 'V', 'U', '9');
1013     st->codec->width = s->width;
1014     st->codec->height = s->height;
1015     st->codec->bit_rate = s->frame_size * av_q2d(st->avg_frame_rate) * 8;
1016
1017     return 0;
1018 }
1019
1020 static int v4l2_read_packet(AVFormatContext *s1, AVPacket *pkt)
1021 {
1022     struct video_data *s = s1->priv_data;
1023     AVFrame *frame = s1->streams[0]->codec->coded_frame;
1024     int res;
1025
1026     av_init_packet(pkt);
1027     if ((res = mmap_read_frame(s1, pkt)) < 0) {
1028         return res;
1029     }
1030
1031     if (frame && s->interlaced) {
1032         frame->interlaced_frame = 1;
1033         frame->top_field_first = s->top_field_first;
1034     }
1035
1036     return pkt->size;
1037 }
1038
1039 static int v4l2_read_close(AVFormatContext *s1)
1040 {
1041     struct video_data *s = s1->priv_data;
1042
1043     if (avpriv_atomic_int_get(&s->buffers_queued) != s->buffers)
1044         av_log(s1, AV_LOG_WARNING, "Some buffers are still owned by the caller on "
1045                "close.\n");
1046
1047     mmap_close(s);
1048
1049     v4l2_close(s->fd);
1050     return 0;
1051 }
1052
1053 #define OFFSET(x) offsetof(struct video_data, x)
1054 #define DEC AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1055
1056 static const AVOption options[] = {
1057     { "standard",     "set TV standard, used only by analog frame grabber",       OFFSET(standard),     AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL }, 0, 0,       DEC },
1058     { "channel",      "set TV channel, used only by frame grabber",               OFFSET(channel),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = -1 },  -1, INT_MAX, DEC },
1059     { "video_size",   "set frame size",                                           OFFSET(width),        AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = NULL},  0, 0,   DEC },
1060     { "pixel_format", "set preferred pixel format",                               OFFSET(pixel_format), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL},  0, 0,       DEC },
1061     { "input_format", "set preferred pixel format (for raw video) or codec name", OFFSET(pixel_format), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL},  0, 0,       DEC },
1062     { "framerate",    "set frame rate",                                           OFFSET(framerate),    AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL},  0, 0,       DEC },
1063
1064     { "list_formats", "list available formats and exit",                          OFFSET(list_format),  AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0 },  0, INT_MAX, DEC, "list_formats" },
1065     { "all",          "show all available formats",                               OFFSET(list_format),  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64 = V4L_ALLFORMATS  },    0, INT_MAX, DEC, "list_formats" },
1066     { "raw",          "show only non-compressed formats",                         OFFSET(list_format),  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64 = V4L_RAWFORMATS  },    0, INT_MAX, DEC, "list_formats" },
1067     { "compressed",   "show only compressed formats",                             OFFSET(list_format),  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64 = V4L_COMPFORMATS },    0, INT_MAX, DEC, "list_formats" },
1068
1069     { "list_standards", "list supported standards and exit",                      OFFSET(list_standard), AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64 = 0 },  0, 1, DEC, "list_standards" },
1070     { "all",            "show all supported standards",                           OFFSET(list_standard), AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = 1 },  0, 0, DEC, "list_standards" },
1071
1072     { "timestamps",   "set type of timestamps for grabbed frames",                OFFSET(ts_mode),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0 }, 0, 2, DEC, "timestamps" },
1073     { "ts",           "set type of timestamps for grabbed frames",                OFFSET(ts_mode),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0 }, 0, 2, DEC, "timestamps" },
1074     { "default",      "use timestamps from the kernel",                           OFFSET(ts_mode),      AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64 = V4L_TS_DEFAULT  }, 0, 2, DEC, "timestamps" },
1075     { "abs",          "use absolute timestamps (wall clock)",                     OFFSET(ts_mode),      AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64 = V4L_TS_ABS      }, 0, 2, DEC, "timestamps" },
1076     { "mono2abs",     "force conversion from monotonic to absolute timestamps",   OFFSET(ts_mode),      AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64 = V4L_TS_MONO2ABS }, 0, 2, DEC, "timestamps" },
1077
1078     { NULL },
1079 };
1080
1081 static const AVClass v4l2_class = {
1082     .class_name = "V4L2 indev",
1083     .item_name  = av_default_item_name,
1084     .option     = options,
1085     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1086 };
1087
1088 AVInputFormat ff_v4l2_demuxer = {
1089     .name           = "video4linux2,v4l2",
1090     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Video4Linux2 device grab"),
1091     .priv_data_size = sizeof(struct video_data),
1092     .read_header    = v4l2_read_header,
1093     .read_packet    = v4l2_read_packet,
1094     .read_close     = v4l2_read_close,
1095     .flags          = AVFMT_NOFILE,
1096     .priv_class     = &v4l2_class,
1097 };