Add support for V4L2 compressed formats in the table used for converting
[ffmpeg.git] / libavdevice / v4l2.c
1 /*
2  * Video4Linux2 grab interface
3  * Copyright (c) 2000,2001 Fabrice Bellard
4  * Copyright (c) 2006 Luca Abeni
5  *
6  * Part of this file is based on the V4L2 video capture example
7  * (http://v4l2spec.bytesex.org/v4l2spec/capture.c)
8  *
9  * Thanks to Michael Niedermayer for providing the mapping between
10  * V4L2_PIX_FMT_* and PIX_FMT_*
11  *
12  *
13  * This file is part of FFmpeg.
14  *
15  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
16  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
17  * License as published by the Free Software Foundation; either
18  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
19  *
20  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
21  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  * Lesser General Public License for more details.
24  *
25  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
26  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
27  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
28  */
29
30 #undef __STRICT_ANSI__ //workaround due to broken kernel headers
31 #include "config.h"
32 #include "libavformat/avformat.h"
33 #include <unistd.h>
34 #include <fcntl.h>
35 #include <sys/ioctl.h>
36 #include <sys/mman.h>
37 #include <sys/time.h>
38 #if HAVE_SYS_VIDEOIO_H
39 #include <sys/videoio.h>
40 #else
41 #include <asm/types.h>
42 #include <linux/videodev2.h>
43 #endif
44 #include <time.h>
45 #include <strings.h>
46
47 static const int desired_video_buffers = 256;
48
49 enum io_method {
50     io_read,
51     io_mmap,
52     io_userptr
53 };
54
55 struct video_data {
56     int fd;
57     int frame_format; /* V4L2_PIX_FMT_* */
58     enum io_method io_method;
59     int width, height;
60     int frame_size;
61     int top_field_first;
62
63     int buffers;
64     void **buf_start;
65     unsigned int *buf_len;
66 };
67
68 struct buff_data {
69     int index;
70     int fd;
71 };
72
73 struct fmt_map {
74     enum PixelFormat ff_fmt;
75     enum CodecID codec_id;
76     uint32_t v4l2_fmt;
77 };
78
79 static struct fmt_map fmt_conversion_table[] = {
80     {
81         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV420P,
82         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
83         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV420,
84     },
85     {
86         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV422P,
87         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
88         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV422P,
89     },
90     {
91         .ff_fmt = PIX_FMT_YUYV422,
92         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
93         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUYV,
94     },
95     {
96         .ff_fmt = PIX_FMT_UYVY422,
97         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
98         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_UYVY,
99     },
100     {
101         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV411P,
102         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
103         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV411P,
104     },
105     {
106         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV410P,
107         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
108         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV410,
109     },
110     {
111         .ff_fmt = PIX_FMT_RGB555,
112         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
113         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_RGB555,
114     },
115     {
116         .ff_fmt = PIX_FMT_RGB565,
117         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
118         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_RGB565,
119     },
120     {
121         .ff_fmt = PIX_FMT_BGR24,
122         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
123         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_BGR24,
124     },
125     {
126         .ff_fmt = PIX_FMT_RGB24,
127         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
128         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_RGB24,
129     },
130     {
131         .ff_fmt = PIX_FMT_BGRA,
132         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
133         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_BGR32,
134     },
135     {
136         .ff_fmt = PIX_FMT_GRAY8,
137         .codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO,
138         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_GREY,
139     },
140     {
141         .ff_fmt = PIX_FMT_NONE,
142         .codec_id = CODEC_ID_MJPEG,
143         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_MJPEG,
144     },
145     {
146         .ff_fmt = PIX_FMT_NONE,
147         .codec_id = CODEC_ID_MJPEG,
148         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_JPEG,
149     },
150 };
151
152 static int device_open(AVFormatContext *ctx, uint32_t *capabilities)
153 {
154     struct v4l2_capability cap;
155     int fd;
156     int res;
157     int flags = O_RDWR;
158
159     if (ctx->flags & AVFMT_FLAG_NONBLOCK) {
160         flags |= O_NONBLOCK;
161     }
162     fd = open(ctx->filename, flags, 0);
163     if (fd < 0) {
164         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot open video device %s : %s\n",
165                  ctx->filename, strerror(errno));
166
167         return -1;
168     }
169
170     res = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);
171     // ENOIOCTLCMD definition only availble on __KERNEL__
172     if (res < 0 && errno == 515)
173     {
174         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "QUERYCAP not implemented, probably V4L device but not supporting V4L2\n");
175         close(fd);
176
177         return -1;
178     }
179     if (res < 0) {
180         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYCAP): %s\n",
181                  strerror(errno));
182         close(fd);
183
184         return -1;
185     }
186     if ((cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE) == 0) {
187         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Not a video capture device\n");
188         close(fd);
189
190         return -1;
191     }
192     *capabilities = cap.capabilities;
193
194     return fd;
195 }
196
197 static int device_init(AVFormatContext *ctx, int *width, int *height, uint32_t pix_fmt)
198 {
199     struct video_data *s = ctx->priv_data;
200     int fd = s->fd;
201     struct v4l2_format fmt;
202     int res;
203
204     memset(&fmt, 0, sizeof(struct v4l2_format));
205     fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
206     fmt.fmt.pix.width = *width;
207     fmt.fmt.pix.height = *height;
208     fmt.fmt.pix.pixelformat = pix_fmt;
209     fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
210     res = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
211     if ((*width != fmt.fmt.pix.width) || (*height != fmt.fmt.pix.height)) {
212         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "The V4L2 driver changed the video from %dx%d to %dx%d\n", *width, *height, fmt.fmt.pix.width, fmt.fmt.pix.height);
213         *width = fmt.fmt.pix.width;
214         *height = fmt.fmt.pix.height;
215     }
216
217     if (pix_fmt != fmt.fmt.pix.pixelformat) {
218         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "The V4L2 driver changed the pixel format from 0x%08X to 0x%08X\n", pix_fmt, fmt.fmt.pix.pixelformat);
219         res = -1;
220     }
221
222     return res;
223 }
224
225 static int first_field(int fd)
226 {
227     int res;
228     v4l2_std_id std;
229
230     res = ioctl(fd, VIDIOC_G_STD, &std);
231     if (res < 0) {
232         return 0;
233     }
234     if (std & V4L2_STD_NTSC) {
235         return 0;
236     }
237
238     return 1;
239 }
240
241 static uint32_t fmt_ff2v4l(enum PixelFormat pix_fmt)
242 {
243     int i;
244
245     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(fmt_conversion_table); i++) {
246         if (fmt_conversion_table[i].ff_fmt == pix_fmt) {
247             return fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
248         }
249     }
250
251     return 0;
252 }
253
254 static enum PixelFormat fmt_v4l2ff(uint32_t pix_fmt)
255 {
256     int i;
257
258     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(fmt_conversion_table); i++) {
259         if (fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt == pix_fmt) {
260             return fmt_conversion_table[i].ff_fmt;
261         }
262     }
263
264     return PIX_FMT_NONE;
265 }
266
267 static int mmap_init(AVFormatContext *ctx)
268 {
269     struct video_data *s = ctx->priv_data;
270     struct v4l2_requestbuffers req;
271     int i, res;
272
273     memset(&req, 0, sizeof(struct v4l2_requestbuffers));
274     req.count = desired_video_buffers;
275     req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
276     req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
277     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_REQBUFS, &req);
278     if (res < 0) {
279         if (errno == EINVAL) {
280             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Device does not support mmap\n");
281         } else {
282             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_REQBUFS)\n");
283         }
284
285         return -1;
286     }
287
288     if (req.count < 2) {
289         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Insufficient buffer memory\n");
290
291         return -1;
292     }
293     s->buffers = req.count;
294     s->buf_start = av_malloc(sizeof(void *) * s->buffers);
295     if (s->buf_start == NULL) {
296         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer pointers\n");
297
298         return -1;
299     }
300     s->buf_len = av_malloc(sizeof(unsigned int) * s->buffers);
301     if (s->buf_len == NULL) {
302         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer sizes\n");
303         av_free(s->buf_start);
304
305         return -1;
306     }
307
308     for (i = 0; i < req.count; i++) {
309         struct v4l2_buffer buf;
310
311         memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
312         buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
313         buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
314         buf.index = i;
315         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
316         if (res < 0) {
317             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYBUF)\n");
318
319             return -1;
320         }
321
322         s->buf_len[i] = buf.length;
323         if (s->buf_len[i] < s->frame_size) {
324             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Buffer len [%d] = %d != %d\n", i, s->buf_len[i], s->frame_size);
325
326             return -1;
327         }
328         s->buf_start[i] = mmap (NULL, buf.length,
329                         PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, s->fd, buf.m.offset);
330         if (s->buf_start[i] == MAP_FAILED) {
331             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "mmap: %s\n", strerror(errno));
332
333             return -1;
334         }
335     }
336
337     return 0;
338 }
339
340 static int read_init(AVFormatContext *ctx)
341 {
342     return -1;
343 }
344
345 static void mmap_release_buffer(AVPacket *pkt)
346 {
347     struct v4l2_buffer buf;
348     int res, fd;
349     struct buff_data *buf_descriptor = pkt->priv;
350
351     if (pkt->data == NULL) {
352          return;
353     }
354
355     memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
356     buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
357     buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
358     buf.index = buf_descriptor->index;
359     fd = buf_descriptor->fd;
360     av_free(buf_descriptor);
361
362     res = ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
363     if (res < 0) {
364         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF)\n");
365     }
366     pkt->data = NULL;
367     pkt->size = 0;
368 }
369
370 static int mmap_read_frame(AVFormatContext *ctx, AVPacket *pkt)
371 {
372     struct video_data *s = ctx->priv_data;
373     struct v4l2_buffer buf;
374     struct buff_data *buf_descriptor;
375     int res;
376
377     memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
378     buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
379     buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
380
381     /* FIXME: Some special treatment might be needed in case of loss of signal... */
382     while ((res = ioctl(s->fd, VIDIOC_DQBUF, &buf)) < 0 && (errno == EINTR));
383     if (res < 0) {
384         if (errno == EAGAIN) {
385             pkt->size = 0;
386
387             return AVERROR(EAGAIN);
388         }
389         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_DQBUF): %s\n", strerror(errno));
390
391         return -1;
392     }
393     assert (buf.index < s->buffers);
394     if (buf.bytesused != s->frame_size) {
395         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "The v4l2 frame is %d bytes, but %d bytes are expected\n", buf.bytesused, s->frame_size);
396
397         return -1;
398     }
399
400     /* Image is at s->buff_start[buf.index] */
401     pkt->data= s->buf_start[buf.index];
402     pkt->size = buf.bytesused;
403     pkt->pts = buf.timestamp.tv_sec * INT64_C(1000000) + buf.timestamp.tv_usec;
404     pkt->destruct = mmap_release_buffer;
405     buf_descriptor = av_malloc(sizeof(struct buff_data));
406     if (buf_descriptor == NULL) {
407         /* Something went wrong... Since av_malloc() failed, we cannot even
408          * allocate a buffer for memcopying into it
409          */
410         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate a buffer descriptor\n");
411         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
412
413         return -1;
414     }
415     buf_descriptor->fd = s->fd;
416     buf_descriptor->index = buf.index;
417     pkt->priv = buf_descriptor;
418
419     return s->buf_len[buf.index];
420 }
421
422 static int read_frame(AVFormatContext *ctx, AVPacket *pkt)
423 {
424     return -1;
425 }
426
427 static int mmap_start(AVFormatContext *ctx)
428 {
429     struct video_data *s = ctx->priv_data;
430     enum v4l2_buf_type type;
431     int i, res;
432
433     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
434         struct v4l2_buffer buf;
435
436         memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
437         buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
438         buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
439         buf.index  = i;
440
441         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
442         if (res < 0) {
443             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF): %s\n", strerror(errno));
444
445             return -1;
446         }
447     }
448
449     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
450     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
451     if (res < 0) {
452         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_STREAMON): %s\n", strerror(errno));
453
454         return -1;
455     }
456
457     return 0;
458 }
459
460 static void mmap_close(struct video_data *s)
461 {
462     enum v4l2_buf_type type;
463     int i;
464
465     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
466     /* We do not check for the result, because we could
467      * not do anything about it anyway...
468      */
469     ioctl(s->fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);
470     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
471         munmap(s->buf_start[i], s->buf_len[i]);
472     }
473     av_free(s->buf_start);
474     av_free(s->buf_len);
475 }
476
477 static int v4l2_set_parameters( AVFormatContext *s1, AVFormatParameters *ap )
478 {
479     struct video_data *s = s1->priv_data;
480     struct v4l2_input input;
481     struct v4l2_standard standard;
482     int i;
483
484     if(ap->channel>=0) {
485         /* set tv video input */
486         memset (&input, 0, sizeof (input));
487         input.index = ap->channel;
488         if(ioctl (s->fd, VIDIOC_ENUMINPUT, &input) < 0) {
489             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "The V4L2 driver ioctl enum input failed:\n");
490             return AVERROR(EIO);
491         }
492
493         av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "The V4L2 driver set input_id: %d, input: %s\n",
494                ap->channel, input.name);
495         if(ioctl (s->fd, VIDIOC_S_INPUT, &input.index) < 0 ) {
496             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "The V4L2 driver ioctl set input(%d) failed\n",
497                    ap->channel);
498             return AVERROR(EIO);
499         }
500     }
501
502     if(ap->standard) {
503         av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "The V4L2 driver set standard: %s\n",
504                ap->standard );
505         /* set tv standard */
506         memset (&standard, 0, sizeof (standard));
507         for(i=0;;i++) {
508             standard.index = i;
509             if (ioctl(s->fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard) < 0) {
510                 av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "The V4L2 driver ioctl set standard(%s) failed\n",
511                        ap->standard);
512                 return AVERROR(EIO);
513             }
514
515             if(!strcasecmp(standard.name, ap->standard)) {
516                 break;
517             }
518         }
519
520         av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "The V4L2 driver set standard: %s, id: %"PRIu64"\n",
521                ap->standard, (uint64_t)standard.id);
522         if (ioctl(s->fd, VIDIOC_S_STD, &standard.id) < 0) {
523             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "The V4L2 driver ioctl set standard(%s) failed\n",
524                    ap->standard);
525             return AVERROR(EIO);
526         }
527     }
528
529     return 0;
530 }
531
532 static int v4l2_read_header(AVFormatContext *s1, AVFormatParameters *ap)
533 {
534     struct video_data *s = s1->priv_data;
535     AVStream *st;
536     int width, height;
537     int res;
538     uint32_t desired_format, capabilities;
539
540     if (ap->width <= 0 || ap->height <= 0) {
541         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Wrong size (%dx%d)\n", ap->width, ap->height);
542         return -1;
543     }
544
545     width = ap->width;
546     height = ap->height;
547
548     if(avcodec_check_dimensions(s1, ap->width, ap->height) < 0)
549         return -1;
550
551     st = av_new_stream(s1, 0);
552     if (!st) {
553         return AVERROR(ENOMEM);
554     }
555     av_set_pts_info(st, 64, 1, 1000000); /* 64 bits pts in us */
556
557     s->width = width;
558     s->height = height;
559
560     capabilities = 0;
561     s->fd = device_open(s1, &capabilities);
562     if (s->fd < 0) {
563         return AVERROR(EIO);
564     }
565     av_log(s1, AV_LOG_INFO, "[%d]Capabilities: %x\n", s->fd, capabilities);
566
567     desired_format = fmt_ff2v4l(ap->pix_fmt);
568     if (desired_format == 0 || (device_init(s1, &width, &height, desired_format) < 0)) {
569         int i, done;
570
571         done = 0; i = 0;
572         while (!done) {
573             desired_format = fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
574             if (device_init(s1, &width, &height, desired_format) < 0) {
575                 desired_format = 0;
576                 i++;
577             } else {
578                done = 1;
579             }
580             if (i == FF_ARRAY_ELEMS(fmt_conversion_table)) {
581                done = 1;
582             }
583         }
584     }
585     if (desired_format == 0) {
586         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Cannot find a proper format.\n");
587         close(s->fd);
588
589         return AVERROR(EIO);
590     }
591     s->frame_format = desired_format;
592
593     if( v4l2_set_parameters( s1, ap ) < 0 )
594         return AVERROR(EIO);
595
596     st->codec->pix_fmt = fmt_v4l2ff(desired_format);
597     s->frame_size = avpicture_get_size(st->codec->pix_fmt, width, height);
598     if (capabilities & V4L2_CAP_STREAMING) {
599         s->io_method = io_mmap;
600         res = mmap_init(s1);
601         if (res == 0) {
602             res = mmap_start(s1);
603         }
604     } else {
605         s->io_method = io_read;
606         res = read_init(s1);
607     }
608     if (res < 0) {
609         close(s->fd);
610
611         return AVERROR(EIO);
612     }
613     s->top_field_first = first_field(s->fd);
614
615     st->codec->codec_type = CODEC_TYPE_VIDEO;
616     st->codec->codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO;
617     st->codec->width = width;
618     st->codec->height = height;
619     st->codec->time_base.den = ap->time_base.den;
620     st->codec->time_base.num = ap->time_base.num;
621     st->codec->bit_rate = s->frame_size * 1/av_q2d(st->codec->time_base) * 8;
622
623     return 0;
624 }
625
626 static int v4l2_read_packet(AVFormatContext *s1, AVPacket *pkt)
627 {
628     struct video_data *s = s1->priv_data;
629     int res;
630
631     if (s->io_method == io_mmap) {
632         av_init_packet(pkt);
633         res = mmap_read_frame(s1, pkt);
634     } else if (s->io_method == io_read) {
635         if (av_new_packet(pkt, s->frame_size) < 0)
636             return AVERROR(EIO);
637
638         res = read_frame(s1, pkt);
639     } else {
640         return AVERROR(EIO);
641     }
642     if (res < 0) {
643         return res;
644     }
645
646     if (s1->streams[0]->codec->coded_frame) {
647         s1->streams[0]->codec->coded_frame->interlaced_frame = 1;
648         s1->streams[0]->codec->coded_frame->top_field_first = s->top_field_first;
649     }
650
651     return pkt->size;
652 }
653
654 static int v4l2_read_close(AVFormatContext *s1)
655 {
656     struct video_data *s = s1->priv_data;
657
658     if (s->io_method == io_mmap) {
659         mmap_close(s);
660     }
661
662     close(s->fd);
663     return 0;
664 }
665
666 AVInputFormat v4l2_demuxer = {
667     "video4linux2",
668     NULL_IF_CONFIG_SMALL("Video4Linux2 device grab"),
669     sizeof(struct video_data),
670     NULL,
671     v4l2_read_header,
672     v4l2_read_packet,
673     v4l2_read_close,
674     .flags = AVFMT_NOFILE,
675 };