video4linux2 input support
[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     if (res < 0) {
126         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYCAP): %s\n",
127                  strerror(errno));
128
129         return -1;
130     }
131     if ((cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE) == 0) {
132         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Not a video capture device\n");
133
134         return -1;
135     }
136     *capabilities = cap.capabilities;
137
138     return fd;
139 }
140
141 static int device_init(int fd, int width, int height, int pix_fmt)
142 {
143     struct v4l2_format fmt;
144
145     memset(&fmt, 0, sizeof(struct v4l2_format));
146     fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
147     fmt.fmt.pix.width = width;
148     fmt.fmt.pix.height = height;
149     fmt.fmt.pix.pixelformat = pix_fmt;
150     fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
151     return ioctl (fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
152 }
153
154 static int first_field(int fd)
155 {
156     int res;
157     v4l2_std_id std;
158
159     res = ioctl(fd, VIDIOC_G_STD, &std);
160     if (res < 0) {
161         return 0;
162     }
163     if (std & V4L2_STD_NTSC) {
164         return 0;
165     }
166
167     return 1;
168 }
169
170 static uint32_t fmt_ff2v4l(enum PixelFormat pix_fmt)
171 {
172     int i;
173
174     for (i = 0; i < sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map); i++) {
175         if (fmt_conversion_table[i].ff_fmt == pix_fmt) {
176             return fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
177         }
178     }
179
180     return 0;
181 }
182
183 static enum PixelFormat fmt_v4l2ff(uint32_t pix_fmt)
184 {
185     int i;
186
187     for (i = 0; i < sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map); i++) {
188         if (fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt == pix_fmt) {
189             return fmt_conversion_table[i].ff_fmt;
190         }
191     }
192
193     return -1;
194 }
195
196 static int mmap_init(struct video_data *s)
197 {
198     struct v4l2_requestbuffers req;
199     int i, res;
200
201     memset(&req, 0, sizeof(struct v4l2_requestbuffers));
202     req.count = desired_video_buffers;
203     req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
204     req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
205     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_REQBUFS, &req);
206     if (res < 0) {
207         if (errno == EINVAL) {
208             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Device does not support mmap\n");
209         } else {
210             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_REQBUFS)\n");
211         }
212
213         return -1;
214     }
215
216     if (req.count < 2) {
217         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Insufficient buffer memory\n");
218
219         return -1;
220     }
221     s->buffers = req.count;
222     s->buf_start = av_malloc(sizeof(void *) * s->buffers);
223     if (s->buf_start == NULL) {
224         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer pointers\n");
225
226         return -1;
227     }
228     s->buf_len = av_malloc(sizeof(unsigned int) * s->buffers);
229     if (s->buf_len == NULL) {
230         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer sizes\n");
231         av_free(s->buf_start);
232
233         return -1;
234     }
235
236     for (i = 0; i < req.count; i++) {
237         struct v4l2_buffer buf;
238
239         memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
240         buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
241         buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
242         buf.index = i;
243         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
244         if (res < 0) {
245             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYBUF)\n");
246
247             return -1;
248         }
249
250         s->buf_len[i] = buf.length;
251         if (s->buf_len[i] < s->frame_size) {
252             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Buffer len [%d] = %d != %d\n", i, s->buf_len[i], s->frame_size);
253
254             return -1;
255         }
256         s->buf_start[i] = mmap (NULL, buf.length,
257                         PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, s->fd, buf.m.offset);
258         if (s->buf_start[i] == MAP_FAILED) {
259             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "mmap: %s\n", strerror(errno));
260
261             return -1;
262         }
263     }
264
265     return 0;
266 }
267
268 static int read_init(struct video_data *s)
269 {
270     return -1;
271 }
272
273 static int mmap_read_frame(struct video_data *s, void *frame, int64_t *ts)
274 {
275     struct v4l2_buffer buf;
276     int res;
277
278     memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
279     buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
280     buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
281
282     /* FIXME: Some special treatment might be needed in case of loss of signal... */
283     while ((res = ioctl(s->fd, VIDIOC_DQBUF, &buf)) < 0 &&
284            ((errno == EAGAIN) || (errno == EINTR)));
285     if (res < 0) {
286         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_DQBUF): %s\n", strerror(errno));
287
288         return -1;
289     }
290     assert (buf.index < s->buffers);
291     assert(buf.bytesused == s->frame_size);
292     /* Image is at s->buff_start[buf.index] */
293     memcpy(frame, s->buf_start[buf.index], buf.bytesused);
294     *ts = buf.timestamp.tv_sec * int64_t_C(1000000) + buf.timestamp.tv_usec;
295
296     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
297     if (res < 0) {
298         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF)\n");
299
300         return -1;
301     }
302
303     return s->buf_len[buf.index];
304 }
305
306 static int read_frame(struct video_data *s, void *frame, int64_t *ts)
307 {
308     return -1;
309 }
310
311 static int mmap_start(struct video_data *s)
312 {
313     enum v4l2_buf_type type;
314     int i, res;
315
316     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
317         struct v4l2_buffer buf;
318
319         memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
320         buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
321         buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
322         buf.index  = i;
323
324         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
325         if (res < 0) {
326             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF): %s\n", strerror(errno));
327
328             return -1;
329         }
330     }
331
332     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
333     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
334     if (res < 0) {
335         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_STREAMON): %s\n", strerror(errno));
336
337         return -1;
338     }
339
340     return 0;
341 }
342
343 static void mmap_close(struct video_data *s)
344 {
345     enum v4l2_buf_type type;
346     int i;
347
348     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
349     /* We do not check for the result, because we could
350      * not do anything about it anyway...
351      */
352     ioctl(s->fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);
353     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
354         munmap(s->buf_start[i], s->buf_len[i]);
355     }
356     av_free(s->buf_start);
357     av_free(s->buf_len);
358 }
359
360 static int v4l2_read_header(AVFormatContext *s1, AVFormatParameters *ap)
361 {
362     struct video_data *s = s1->priv_data;
363     AVStream *st;
364     int width, height;
365     int res, frame_rate, frame_rate_base;
366     uint32_t desired_format, capabilities;
367     const char *video_device;
368
369     if (!ap || ap->width <= 0 || ap->height <= 0 || ap->time_base.den <= 0) {
370         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Missing/Wrong parameters\n");
371
372         return -1;
373     }
374
375     width = ap->width;
376     height = ap->height;
377     frame_rate = ap->time_base.den;
378     frame_rate_base = ap->time_base.num;
379
380     if((unsigned)width > 32767 || (unsigned)height > 32767) {
381         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Wrong size %dx%d\n", width, height);
382
383         return -1;
384     }
385
386     st = av_new_stream(s1, 0);
387     if (!st) {
388         return -ENOMEM;
389     }
390     av_set_pts_info(st, 64, 1, 1000000); /* 64 bits pts in us */
391
392     s->width = width;
393     s->height = height;
394     s->frame_rate      = frame_rate;
395     s->frame_rate_base = frame_rate_base;
396
397     video_device = ap->device;
398     if (!video_device) {
399         video_device = "/dev/video";
400     }
401     capabilities = 0;
402     s->fd = device_open(video_device, &capabilities);
403     if (s->fd < 0) {
404         av_free(st);
405
406         return AVERROR_IO;
407     }
408     av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "[%d]Capabilities: %x\n", s->fd, capabilities);
409
410     desired_format = fmt_ff2v4l(ap->pix_fmt);
411     if (desired_format == 0 || (device_init(s->fd, width, height, desired_format) < 0)) {
412         int i, done;
413
414         done = 0; i = 0;
415         while (!done) {
416             desired_format = fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
417             if (device_init(s->fd, width, height, desired_format) < 0) {
418                 desired_format = 0;
419                 i++;
420             } else {
421                done = 1;
422             }
423             if (i == sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map)) {
424                done = 1;
425             }
426         }
427     }
428     if (desired_format == 0) {
429         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Cannot find a proper format.\n");
430         close(s->fd);
431         av_free(st);
432
433         return AVERROR_IO;
434     }
435     s->frame_format = desired_format;
436
437     st->codec->pix_fmt = fmt_v4l2ff(desired_format);
438     s->frame_size = avpicture_get_size(st->codec->pix_fmt, width, height);
439     if (capabilities & V4L2_CAP_STREAMING) {
440         s->io_method = io_mmap;
441         res = mmap_init(s);
442         res = mmap_start(s);
443     } else {
444         s->io_method = io_read;
445         res = read_init(s);
446     }
447     if (res < 0) {
448         close(s->fd);
449         av_free(st);
450
451         return AVERROR_IO;
452     }
453     s->top_field_first = first_field(s->fd);
454
455     st->codec->codec_type = CODEC_TYPE_VIDEO;
456     st->codec->codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO;
457     st->codec->width = width;
458     st->codec->height = height;
459     st->codec->time_base.den = frame_rate;
460     st->codec->time_base.num = frame_rate_base;
461     st->codec->bit_rate = s->frame_size * 1/av_q2d(st->codec->time_base) * 8;
462
463     return 0;
464 }
465
466 static int v4l2_read_packet(AVFormatContext *s1, AVPacket *pkt)
467 {
468     struct video_data *s = s1->priv_data;
469     int res;
470
471     if (av_new_packet(pkt, s->frame_size) < 0)
472         return AVERROR_IO;
473
474     if (s->io_method == io_mmap) {
475         res = mmap_read_frame(s, pkt->data, &pkt->pts);
476     } else if (s->io_method == io_read) {
477         res = read_frame(s, pkt->data, &pkt->pts);
478     } else {
479         return AVERROR_IO;
480     }
481     if (res < 0) {
482         return AVERROR_IO;
483     }
484
485     if (s1->streams[0]->codec->coded_frame) {
486         s1->streams[0]->codec->coded_frame->interlaced_frame = 1;
487         s1->streams[0]->codec->coded_frame->top_field_first = s->top_field_first;
488     }
489
490     return s->frame_size;
491 }
492
493 static int v4l2_read_close(AVFormatContext *s1)
494 {
495     struct video_data *s = s1->priv_data;
496
497     if (s->io_method == io_mmap) {
498         mmap_close(s);
499     }
500
501     close(s->fd);
502     return 0;
503 }
504
505 static AVInputFormat v4l2_format = {
506     "video4linux2",
507     "video grab",
508     sizeof(struct video_data),
509     NULL,
510     v4l2_read_header,
511     v4l2_read_packet,
512     v4l2_read_close,
513     .flags = AVFMT_NOFILE,
514 };
515
516 int v4l2_init(void)
517 {
518     av_register_input_format(&v4l2_format);
519     return 0;
520 }