a445c6da1178e25ed792f67a1437ff0f68c41a77
[ffmpeg.git] / libavformat / 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 library is free software; you can redistribute it and/or
14  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
15  * License as published by the Free Software Foundation; either
16  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
17  *
18  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
21  * Lesser General Public License for more details.
22  *
23  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
24  * License along with this library; if not, write to the Free Software
25  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
26  */
27 #include "avformat.h"
28 #include <unistd.h>
29 #include <fcntl.h>
30 #include <sys/ioctl.h>
31 #include <sys/mman.h>
32 #include <sys/time.h>
33 #define _LINUX_TIME_H 1
34 #include <linux/videodev.h>
35 #include <time.h>
36
37 static const int desired_video_buffers = 256;
38
39 enum io_method {
40     io_read,
41     io_mmap,
42     io_userptr
43 };
44
45 struct video_data {
46     int fd;
47     int frame_format; /* V4L2_PIX_FMT_* */
48     enum io_method io_method;
49     int width, height;
50     int frame_rate;
51     int frame_rate_base;
52     int frame_size;
53     int top_field_first;
54
55     int buffers;
56     void **buf_start;
57     unsigned int *buf_len;
58 };
59
60 struct fmt_map {
61     enum PixelFormat ff_fmt;
62     int32_t v4l2_fmt;
63 };
64
65 static struct fmt_map fmt_conversion_table[] = {
66     {
67         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV420P,
68         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV420,
69     },
70     {
71         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV422P,
72         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV422P,
73     },
74     {
75         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV422,
76         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUYV,
77     },
78     {
79         .ff_fmt = PIX_FMT_UYVY422,
80         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_UYVY,
81     },
82     {
83         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV411P,
84         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV411P,
85     },
86     {
87         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV410P,
88         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV410,
89     },
90     {
91         .ff_fmt = PIX_FMT_BGR24,
92         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_BGR24,
93     },
94     {
95         .ff_fmt = PIX_FMT_RGB24,
96         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_RGB24,
97     },
98     /*
99     {
100         .ff_fmt = PIX_FMT_RGBA32,
101         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_BGR32,
102     },
103     */
104     {
105         .ff_fmt = PIX_FMT_GRAY8,
106         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_GREY,
107     },
108 };
109
110 static int device_open(const char *devname, uint32_t *capabilities)
111 {
112     struct v4l2_capability cap;
113     int fd;
114     int res;
115
116     fd = open(devname, O_RDWR /*| O_NONBLOCK*/, 0);
117     if (fd < 0) {
118         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Cannot open video device %s : %s\n",
119                  devname, strerror(errno));
120
121         return -1;
122     }
123
124     res = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);
125     // ENOIOCTLCMD definition only availble on __KERNEL__
126     if (res < 0 && errno == 515)
127     {
128         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "QUERYCAP not implemented, probably V4L device but not supporting V4L2\n");
129         close(fd);
130
131         return -1;
132     }
133     if (res < 0) {
134         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYCAP): %s\n",
135                  strerror(errno));
136         close(fd);
137
138         return -1;
139     }
140     if ((cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE) == 0) {
141         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Not a video capture device\n");
142         close(fd);
143
144         return -1;
145     }
146     *capabilities = cap.capabilities;
147
148     return fd;
149 }
150
151 static int device_init(int fd, int *width, int *height, int pix_fmt)
152 {
153     struct v4l2_format fmt;
154     int res;
155
156     memset(&fmt, 0, sizeof(struct v4l2_format));
157     fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
158     fmt.fmt.pix.width = *width;
159     fmt.fmt.pix.height = *height;
160     fmt.fmt.pix.pixelformat = pix_fmt;
161     fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
162     res = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
163     if ((*width != fmt.fmt.pix.width) || (*height != fmt.fmt.pix.height)) {
164         av_log(NULL, 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);
165         *width = fmt.fmt.pix.width;
166         *height = fmt.fmt.pix.height;
167     }
168
169     return res;
170 }
171
172 static int first_field(int fd)
173 {
174     int res;
175     v4l2_std_id std;
176
177     res = ioctl(fd, VIDIOC_G_STD, &std);
178     if (res < 0) {
179         return 0;
180     }
181     if (std & V4L2_STD_NTSC) {
182         return 0;
183     }
184
185     return 1;
186 }
187
188 static uint32_t fmt_ff2v4l(enum PixelFormat pix_fmt)
189 {
190     int i;
191
192     for (i = 0; i < sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map); i++) {
193         if (fmt_conversion_table[i].ff_fmt == pix_fmt) {
194             return fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
195         }
196     }
197
198     return 0;
199 }
200
201 static enum PixelFormat fmt_v4l2ff(uint32_t pix_fmt)
202 {
203     int i;
204
205     for (i = 0; i < sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map); i++) {
206         if (fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt == pix_fmt) {
207             return fmt_conversion_table[i].ff_fmt;
208         }
209     }
210
211     return -1;
212 }
213
214 static int mmap_init(struct video_data *s)
215 {
216     struct v4l2_requestbuffers req;
217     int i, res;
218
219     memset(&req, 0, sizeof(struct v4l2_requestbuffers));
220     req.count = desired_video_buffers;
221     req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
222     req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
223     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_REQBUFS, &req);
224     if (res < 0) {
225         if (errno == EINVAL) {
226             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Device does not support mmap\n");
227         } else {
228             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_REQBUFS)\n");
229         }
230
231         return -1;
232     }
233
234     if (req.count < 2) {
235         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Insufficient buffer memory\n");
236
237         return -1;
238     }
239     s->buffers = req.count;
240     s->buf_start = av_malloc(sizeof(void *) * s->buffers);
241     if (s->buf_start == NULL) {
242         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer pointers\n");
243
244         return -1;
245     }
246     s->buf_len = av_malloc(sizeof(unsigned int) * s->buffers);
247     if (s->buf_len == NULL) {
248         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer sizes\n");
249         av_free(s->buf_start);
250
251         return -1;
252     }
253
254     for (i = 0; i < req.count; i++) {
255         struct v4l2_buffer buf;
256
257         memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
258         buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
259         buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
260         buf.index = i;
261         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
262         if (res < 0) {
263             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYBUF)\n");
264
265             return -1;
266         }
267
268         s->buf_len[i] = buf.length;
269         if (s->buf_len[i] < s->frame_size) {
270             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Buffer len [%d] = %d != %d\n", i, s->buf_len[i], s->frame_size);
271
272             return -1;
273         }
274         s->buf_start[i] = mmap (NULL, buf.length,
275                         PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, s->fd, buf.m.offset);
276         if (s->buf_start[i] == MAP_FAILED) {
277             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "mmap: %s\n", strerror(errno));
278
279             return -1;
280         }
281     }
282
283     return 0;
284 }
285
286 static int read_init(struct video_data *s)
287 {
288     return -1;
289 }
290
291 static int mmap_read_frame(struct video_data *s, void *frame, int64_t *ts)
292 {
293     struct v4l2_buffer buf;
294     int res;
295
296     memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
297     buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
298     buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
299
300     /* FIXME: Some special treatment might be needed in case of loss of signal... */
301     while ((res = ioctl(s->fd, VIDIOC_DQBUF, &buf)) < 0 &&
302            ((errno == EAGAIN) || (errno == EINTR)));
303     if (res < 0) {
304         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_DQBUF): %s\n", strerror(errno));
305
306         return -1;
307     }
308     assert (buf.index < s->buffers);
309     assert(buf.bytesused == s->frame_size);
310     /* Image is at s->buff_start[buf.index] */
311     memcpy(frame, s->buf_start[buf.index], buf.bytesused);
312     *ts = buf.timestamp.tv_sec * int64_t_C(1000000) + buf.timestamp.tv_usec;
313
314     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
315     if (res < 0) {
316         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF)\n");
317
318         return -1;
319     }
320
321     return s->buf_len[buf.index];
322 }
323
324 static int read_frame(struct video_data *s, void *frame, int64_t *ts)
325 {
326     return -1;
327 }
328
329 static int mmap_start(struct video_data *s)
330 {
331     enum v4l2_buf_type type;
332     int i, res;
333
334     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
335         struct v4l2_buffer buf;
336
337         memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
338         buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
339         buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
340         buf.index  = i;
341
342         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
343         if (res < 0) {
344             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF): %s\n", strerror(errno));
345
346             return -1;
347         }
348     }
349
350     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
351     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
352     if (res < 0) {
353         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_STREAMON): %s\n", strerror(errno));
354
355         return -1;
356     }
357
358     return 0;
359 }
360
361 static void mmap_close(struct video_data *s)
362 {
363     enum v4l2_buf_type type;
364     int i;
365
366     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
367     /* We do not check for the result, because we could
368      * not do anything about it anyway...
369      */
370     ioctl(s->fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);
371     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
372         munmap(s->buf_start[i], s->buf_len[i]);
373     }
374     av_free(s->buf_start);
375     av_free(s->buf_len);
376 }
377
378 static int v4l2_read_header(AVFormatContext *s1, AVFormatParameters *ap)
379 {
380     struct video_data *s = s1->priv_data;
381     AVStream *st;
382     int width, height;
383     int res, frame_rate, frame_rate_base;
384     uint32_t desired_format, capabilities;
385     const char *video_device;
386
387     if (!ap || ap->width <= 0 || ap->height <= 0 || ap->time_base.den <= 0) {
388         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Missing/Wrong parameters\n");
389
390         return -1;
391     }
392
393     width = ap->width;
394     height = ap->height;
395     frame_rate = ap->time_base.den;
396     frame_rate_base = ap->time_base.num;
397
398     if((unsigned)width > 32767 || (unsigned)height > 32767) {
399         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Wrong size %dx%d\n", width, height);
400
401         return -1;
402     }
403
404     st = av_new_stream(s1, 0);
405     if (!st) {
406         return -ENOMEM;
407     }
408     av_set_pts_info(st, 64, 1, 1000000); /* 64 bits pts in us */
409
410     s->width = width;
411     s->height = height;
412     s->frame_rate      = frame_rate;
413     s->frame_rate_base = frame_rate_base;
414
415     video_device = ap->device;
416     if (!video_device) {
417         video_device = "/dev/video";
418     }
419     capabilities = 0;
420     s->fd = device_open(video_device, &capabilities);
421     if (s->fd < 0) {
422         av_free(st);
423
424         return AVERROR_IO;
425     }
426     av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "[%d]Capabilities: %x\n", s->fd, capabilities);
427
428     desired_format = fmt_ff2v4l(ap->pix_fmt);
429     if (desired_format == 0 || (device_init(s->fd, &width, &height, desired_format) < 0)) {
430         int i, done;
431
432         done = 0; i = 0;
433         while (!done) {
434             desired_format = fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
435             if (device_init(s->fd, &width, &height, desired_format) < 0) {
436                 desired_format = 0;
437                 i++;
438             } else {
439                done = 1;
440             }
441             if (i == sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map)) {
442                done = 1;
443             }
444         }
445     }
446     if (desired_format == 0) {
447         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Cannot find a proper format.\n");
448         close(s->fd);
449         av_free(st);
450
451         return AVERROR_IO;
452     }
453     s->frame_format = desired_format;
454
455     st->codec->pix_fmt = fmt_v4l2ff(desired_format);
456     s->frame_size = avpicture_get_size(st->codec->pix_fmt, width, height);
457     if (capabilities & V4L2_CAP_STREAMING) {
458         s->io_method = io_mmap;
459         res = mmap_init(s);
460         res = mmap_start(s);
461     } else {
462         s->io_method = io_read;
463         res = read_init(s);
464     }
465     if (res < 0) {
466         close(s->fd);
467         av_free(st);
468
469         return AVERROR_IO;
470     }
471     s->top_field_first = first_field(s->fd);
472
473     st->codec->codec_type = CODEC_TYPE_VIDEO;
474     st->codec->codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO;
475     st->codec->width = width;
476     st->codec->height = height;
477     st->codec->time_base.den = frame_rate;
478     st->codec->time_base.num = frame_rate_base;
479     st->codec->bit_rate = s->frame_size * 1/av_q2d(st->codec->time_base) * 8;
480
481     return 0;
482 }
483
484 static int v4l2_read_packet(AVFormatContext *s1, AVPacket *pkt)
485 {
486     struct video_data *s = s1->priv_data;
487     int res;
488
489     if (av_new_packet(pkt, s->frame_size) < 0)
490         return AVERROR_IO;
491
492     if (s->io_method == io_mmap) {
493         res = mmap_read_frame(s, pkt->data, &pkt->pts);
494     } else if (s->io_method == io_read) {
495         res = read_frame(s, pkt->data, &pkt->pts);
496     } else {
497         return AVERROR_IO;
498     }
499     if (res < 0) {
500         return AVERROR_IO;
501     }
502
503     if (s1->streams[0]->codec->coded_frame) {
504         s1->streams[0]->codec->coded_frame->interlaced_frame = 1;
505         s1->streams[0]->codec->coded_frame->top_field_first = s->top_field_first;
506     }
507
508     return s->frame_size;
509 }
510
511 static int v4l2_read_close(AVFormatContext *s1)
512 {
513     struct video_data *s = s1->priv_data;
514
515     if (s->io_method == io_mmap) {
516         mmap_close(s);
517     }
518
519     close(s->fd);
520     return 0;
521 }
522
523 static AVInputFormat v4l2_format = {
524     "video4linux2",
525     "video grab",
526     sizeof(struct video_data),
527     NULL,
528     v4l2_read_header,
529     v4l2_read_packet,
530     v4l2_read_close,
531     .flags = AVFMT_NOFILE,
532 };
533
534 int v4l2_init(void)
535 {
536     av_register_input_format(&v4l2_format);
537     return 0;
538 }