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 #include "config.h"
  31 #include "libavformat/avformat.h"
  32 #include <unistd.h>
  33 #include <fcntl.h>
  34 #include <sys/ioctl.h>
  35 #include <sys/mman.h>
  36 #include <sys/time.h>
  37 #include <asm/types.h>
  38 #include <linux/videodev2.h>
  39 #include <time.h>
  40 #include <strings.h>
  41
  42 static const int desired_video_buffers = 256;
  43
  44 enum io_method {
  45     io_read,
  46     io_mmap,
  47     io_userptr
  48 };
  49
  50 struct video_data {
  51     int fd;
  52     int frame_format; /* V4L2_PIX_FMT_* */
  53     enum io_method io_method;
  54     int width, height;
  55     int frame_rate;
  56     int frame_rate_base;
  57     int frame_size;
  58     int top_field_first;
  59
  60     int buffers;
  61     void **buf_start;
  62     unsigned int *buf_len;
  63 };
  64
  65 struct buff_data {
  66     int index;
  67     int fd;
  68 };
  69
  70 struct fmt_map {
  71     enum PixelFormat ff_fmt;
  72     int32_t v4l2_fmt;
  73 };
  74
  75 static struct fmt_map fmt_conversion_table[] = {
  76     {
  77         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV420P,
  78         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV420,
  79     },
  80     {
  81         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV422P,
  82         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV422P,
  83     },
  84     {
  85         .ff_fmt = PIX_FMT_YUYV422,
  86         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUYV,
  87     },
  88     {
  89         .ff_fmt = PIX_FMT_UYVY422,
  90         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_UYVY,
  91     },
  92     {
  93         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV411P,
  94         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV411P,
  95     },
  96     {
  97         .ff_fmt = PIX_FMT_YUV410P,
  98         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_YUV410,
  99     },
 100     {
 101         .ff_fmt = PIX_FMT_BGR24,
 102         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_BGR24,
 103     },
 104     {
 105         .ff_fmt = PIX_FMT_RGB24,
 106         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_RGB24,
 107     },
 108     /*
 109     {
 110         .ff_fmt = PIX_FMT_RGB32,
 111         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_BGR32,
 112     },
 113     */
 114     {
 115         .ff_fmt = PIX_FMT_GRAY8,
 116         .v4l2_fmt = V4L2_PIX_FMT_GREY,
 117     },
 118 };
 119
 120 static int device_open(AVFormatContext *ctx, uint32_t *capabilities)
 121 {
 122     struct v4l2_capability cap;
 123     int fd;
 124     int res;
 125     int flags = O_RDWR;
 126
 127     if (ctx->flags & AVFMT_FLAG_NONBLOCK) {
 128         flags |= O_NONBLOCK;
 129     }
 130     fd = open(ctx->filename, flags, 0);
 131     if (fd < 0) {
 132         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot open video device %s : %s\n",
 133                  ctx->filename, strerror(errno));
 134
 135         return -1;
 136     }
 137
 138     res = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);
 139     // ENOIOCTLCMD definition only availble on __KERNEL__
 140     if (res < 0 && errno == 515)
 141     {
 142         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "QUERYCAP not implemented, probably V4L device but not supporting V4L2\n");
 143         close(fd);
 144
 145         return -1;
 146     }
 147     if (res < 0) {
 148         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYCAP): %s\n",
 149                  strerror(errno));
 150         close(fd);
 151
 152         return -1;
 153     }
 154     if ((cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE) == 0) {
 155         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Not a video capture device\n");
 156         close(fd);
 157
 158         return -1;
 159     }
 160     *capabilities = cap.capabilities;
 161
 162     return fd;
 163 }
 164
 165 static int device_init(AVFormatContext *ctx, int *width, int *height, int pix_fmt)
 166 {
 167     struct video_data *s = ctx->priv_data;
 168     int fd = s->fd;
 169     struct v4l2_format fmt;
 170     int res;
 171
 172     memset(&fmt, 0, sizeof(struct v4l2_format));
 173     fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 174     fmt.fmt.pix.width = *width;
 175     fmt.fmt.pix.height = *height;
 176     fmt.fmt.pix.pixelformat = pix_fmt;
 177     fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
 178     res = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
 179     if ((*width != fmt.fmt.pix.width) || (*height != fmt.fmt.pix.height)) {
 180         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);
 181         *width = fmt.fmt.pix.width;
 182         *height = fmt.fmt.pix.height;
 183     }
 184
 185     return res;
 186 }
 187
 188 static int first_field(int fd)
 189 {
 190     int res;
 191     v4l2_std_id std;
 192
 193     res = ioctl(fd, VIDIOC_G_STD, &std);
 194     if (res < 0) {
 195         return 0;
 196     }
 197     if (std & V4L2_STD_NTSC) {
 198         return 0;
 199     }
 200
 201     return 1;
 202 }
 203
 204 static uint32_t fmt_ff2v4l(enum PixelFormat pix_fmt)
 205 {
 206     int i;
 207
 208     for (i = 0; i < sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map); i++) {
 209         if (fmt_conversion_table[i].ff_fmt == pix_fmt) {
 210             return fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
 211         }
 212     }
 213
 214     return 0;
 215 }
 216
 217 static enum PixelFormat fmt_v4l2ff(uint32_t pix_fmt)
 218 {
 219     int i;
 220
 221     for (i = 0; i < sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map); i++) {
 222         if (fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt == pix_fmt) {
 223             return fmt_conversion_table[i].ff_fmt;
 224         }
 225     }
 226
 227     return PIX_FMT_NONE;
 228 }
 229
 230 static int mmap_init(AVFormatContext *ctx)
 231 {
 232     struct video_data *s = ctx->priv_data;
 233     struct v4l2_requestbuffers req;
 234     int i, res;
 235
 236     memset(&req, 0, sizeof(struct v4l2_requestbuffers));
 237     req.count = desired_video_buffers;
 238     req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 239     req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
 240     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_REQBUFS, &req);
 241     if (res < 0) {
 242         if (errno == EINVAL) {
 243             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Device does not support mmap\n");
 244         } else {
 245             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_REQBUFS)\n");
 246         }
 247
 248         return -1;
 249     }
 250
 251     if (req.count < 2) {
 252         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Insufficient buffer memory\n");
 253
 254         return -1;
 255     }
 256     s->buffers = req.count;
 257     s->buf_start = av_malloc(sizeof(void *) * s->buffers);
 258     if (s->buf_start == NULL) {
 259         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer pointers\n");
 260
 261         return -1;
 262     }
 263     s->buf_len = av_malloc(sizeof(unsigned int) * s->buffers);
 264     if (s->buf_len == NULL) {
 265         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate buffer sizes\n");
 266         av_free(s->buf_start);
 267
 268         return -1;
 269     }
 270
 271     for (i = 0; i < req.count; i++) {
 272         struct v4l2_buffer buf;
 273
 274         memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
 275         buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 276         buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
 277         buf.index = i;
 278         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
 279         if (res < 0) {
 280             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QUERYBUF)\n");
 281
 282             return -1;
 283         }
 284
 285         s->buf_len[i] = buf.length;
 286         if (s->buf_len[i] < s->frame_size) {
 287             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Buffer len [%d] = %d != %d\n", i, s->buf_len[i], s->frame_size);
 288
 289             return -1;
 290         }
 291         s->buf_start[i] = mmap (NULL, buf.length,
 292                         PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, s->fd, buf.m.offset);
 293         if (s->buf_start[i] == MAP_FAILED) {
 294             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "mmap: %s\n", strerror(errno));
 295
 296             return -1;
 297         }
 298     }
 299
 300     return 0;
 301 }
 302
 303 static int read_init(AVFormatContext *ctx)
 304 {
 305     return -1;
 306 }
 307
 308 static void mmap_release_buffer(AVPacket *pkt)
 309 {
 310     struct v4l2_buffer buf;
 311     int res, fd;
 312     struct buff_data *buf_descriptor = pkt->priv;
 313
 314     memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
 315     buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 316     buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
 317     buf.index = buf_descriptor->index;
 318     fd = buf_descriptor->fd;
 319     av_free(buf_descriptor);
 320
 321     res = ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
 322     if (res < 0) {
 323         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF)\n");
 324     }
 325     pkt->data = NULL;
 326     pkt->size = 0;
 327 }
 328
 329 static int mmap_read_frame(AVFormatContext *ctx, AVPacket *pkt)
 330 {
 331     struct video_data *s = ctx->priv_data;
 332     struct v4l2_buffer buf;
 333     struct buff_data *buf_descriptor;
 334     int res;
 335
 336     memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
 337     buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 338     buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
 339
 340     /* FIXME: Some special treatment might be needed in case of loss of signal... */
 341     while ((res = ioctl(s->fd, VIDIOC_DQBUF, &buf)) < 0 && (errno == EINTR));
 342     if (res < 0) {
 343         if (errno == EAGAIN) {
 344             pkt->size = 0;
 345
 346             return AVERROR(EAGAIN);
 347         }
 348         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_DQBUF): %s\n", strerror(errno));
 349
 350         return -1;
 351     }
 352     assert (buf.index < s->buffers);
 353     if (buf.bytesused != s->frame_size) {
 354         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "The v4l2 frame is %d bytes, but %d bytes are expected\n", buf.bytesused, s->frame_size);
 355
 356         return -1;
 357     }
 358
 359     /* Image is at s->buff_start[buf.index] */
 360     pkt->data= s->buf_start[buf.index];
 361     pkt->size = buf.bytesused;
 362     pkt->pts = buf.timestamp.tv_sec * INT64_C(1000000) + buf.timestamp.tv_usec;
 363     pkt->destruct = mmap_release_buffer;
 364     buf_descriptor = av_malloc(sizeof(struct buff_data));
 365     if (buf_descriptor == NULL) {
 366         /* Something went wrong... Since av_malloc() failed, we cannot even
 367          * allocate a buffer for memcopying into it
 368          */
 369         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate a buffer descriptor\n");
 370         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
 371
 372         return -1;
 373     }
 374     buf_descriptor->fd = s->fd;
 375     buf_descriptor->index = buf.index;
 376     pkt->priv = buf_descriptor;
 377
 378     return s->buf_len[buf.index];
 379 }
 380
 381 static int read_frame(AVFormatContext *ctx, AVPacket *pkt)
 382 {
 383     return -1;
 384 }
 385
 386 static int mmap_start(AVFormatContext *ctx)
 387 {
 388     struct video_data *s = ctx->priv_data;
 389     enum v4l2_buf_type type;
 390     int i, res;
 391
 392     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
 393         struct v4l2_buffer buf;
 394
 395         memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
 396         buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 397         buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
 398         buf.index  = i;
 399
 400         res = ioctl (s->fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
 401         if (res < 0) {
 402             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_QBUF): %s\n", strerror(errno));
 403
 404             return -1;
 405         }
 406     }
 407
 408     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 409     res = ioctl (s->fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
 410     if (res < 0) {
 411         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "ioctl(VIDIOC_STREAMON): %s\n", strerror(errno));
 412
 413         return -1;
 414     }
 415
 416     return 0;
 417 }
 418
 419 static void mmap_close(struct video_data *s)
 420 {
 421     enum v4l2_buf_type type;
 422     int i;
 423
 424     type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 425     /* We do not check for the result, because we could
 426      * not do anything about it anyway...
 427      */
 428     ioctl(s->fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);
 429     for (i = 0; i < s->buffers; i++) {
 430         munmap(s->buf_start[i], s->buf_len[i]);
 431     }
 432     av_free(s->buf_start);
 433     av_free(s->buf_len);
 434 }
 435
 436 static int v4l2_set_parameters( AVFormatContext *s1, AVFormatParameters *ap )
 437 {
 438     struct video_data *s = s1->priv_data;
 439     struct v4l2_input input;
 440     struct v4l2_standard standard;
 441     int i;
 442
 443     if(ap->channel>=0) {
 444         /* set tv video input */
 445         memset (&input, 0, sizeof (input));
 446         input.index = ap->channel;
 447         if(ioctl (s->fd, VIDIOC_ENUMINPUT, &input) < 0) {
 448             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "The V4L2 driver ioctl enum input failed:\n");
 449             return AVERROR(EIO);
 450         }
 451
 452         av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "The V4L2 driver set input_id: %d, input: %s\n",
 453                ap->channel, input.name);
 454         if(ioctl (s->fd, VIDIOC_S_INPUT, &input.index) < 0 ) {
 455             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "The V4L2 driver ioctl set input(%d) failed\n",
 456                    ap->channel);
 457             return AVERROR(EIO);
 458         }
 459     }
 460
 461     if(ap->standard) {
 462         av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "The V4L2 driver set standard: %s\n",
 463                ap->standard );
 464         /* set tv standard */
 465         memset (&standard, 0, sizeof (standard));
 466         for(i=0;;i++) {
 467             standard.index = i;
 468             if (ioctl(s->fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard) < 0) {
 469                 av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "The V4L2 driver ioctl set standard(%s) failed\n",
 470                        ap->standard);
 471                 return AVERROR(EIO);
 472             }
 473
 474             if(!strcasecmp(standard.name, ap->standard)) {
 475                 break;
 476             }
 477         }
 478
 479         av_log(s1, AV_LOG_DEBUG, "The V4L2 driver set standard: %s, id: %"PRIu64"\n",
 480                ap->standard, standard.id);
 481         if (ioctl(s->fd, VIDIOC_S_STD, &standard.id) < 0) {
 482             av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "The V4L2 driver ioctl set standard(%s) failed\n",
 483                    ap->standard);
 484             return AVERROR(EIO);
 485         }
 486     }
 487
 488     return 0;
 489 }
 490
 491 static int v4l2_read_header(AVFormatContext *s1, AVFormatParameters *ap)
 492 {
 493     struct video_data *s = s1->priv_data;
 494     AVStream *st;
 495     int width, height;
 496     int res, frame_rate, frame_rate_base;
 497     uint32_t desired_format, capabilities;
 498
 499     if (ap->width <= 0 || ap->height <= 0) {
 500         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Wrong size (%dx%d)\n", ap->width, ap->height);
 501         return -1;
 502     }
 503     if (ap->time_base.den <= 0) {
 504         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Wrong time base (%d)\n", ap->time_base.den);
 505         return -1;
 506     }
 507
 508     width = ap->width;
 509     height = ap->height;
 510     frame_rate = ap->time_base.den;
 511     frame_rate_base = ap->time_base.num;
 512
 513     if((unsigned)width > 32767 || (unsigned)height > 32767) {
 514         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Wrong size (%dx%d)\n", width, height);
 515
 516         return -1;
 517     }
 518
 519     st = av_new_stream(s1, 0);
 520     if (!st) {
 521         return AVERROR(ENOMEM);
 522     }
 523     av_set_pts_info(st, 64, 1, 1000000); /* 64 bits pts in us */
 524
 525     s->width = width;
 526     s->height = height;
 527     s->frame_rate      = frame_rate;
 528     s->frame_rate_base = frame_rate_base;
 529
 530     capabilities = 0;
 531     s->fd = device_open(s1, &capabilities);
 532     if (s->fd < 0) {
 533         return AVERROR(EIO);
 534     }
 535     av_log(s1, AV_LOG_INFO, "[%d]Capabilities: %x\n", s->fd, capabilities);
 536
 537     desired_format = fmt_ff2v4l(ap->pix_fmt);
 538     if (desired_format == 0 || (device_init(s1, &width, &height, desired_format) < 0)) {
 539         int i, done;
 540
 541         done = 0; i = 0;
 542         while (!done) {
 543             desired_format = fmt_conversion_table[i].v4l2_fmt;
 544             if (device_init(s1, &width, &height, desired_format) < 0) {
 545                 desired_format = 0;
 546                 i++;
 547             } else {
 548                done = 1;
 549             }
 550             if (i == sizeof(fmt_conversion_table) / sizeof(struct fmt_map)) {
 551                done = 1;
 552             }
 553         }
 554     }
 555     if (desired_format == 0) {
 556         av_log(s1, AV_LOG_ERROR, "Cannot find a proper format.\n");
 557         close(s->fd);
 558
 559         return AVERROR(EIO);
 560     }
 561     s->frame_format = desired_format;
 562
 563     if( v4l2_set_parameters( s1, ap ) < 0 )
 564         return AVERROR(EIO);
 565
 566     st->codec->pix_fmt = fmt_v4l2ff(desired_format);
 567     s->frame_size = avpicture_get_size(st->codec->pix_fmt, width, height);
 568     if (capabilities & V4L2_CAP_STREAMING) {
 569         s->io_method = io_mmap;
 570         res = mmap_init(s1);
 571         if (res == 0) {
 572             res = mmap_start(s1);
 573         }
 574     } else {
 575         s->io_method = io_read;
 576         res = read_init(s1);
 577     }
 578     if (res < 0) {
 579         close(s->fd);
 580
 581         return AVERROR(EIO);
 582     }
 583     s->top_field_first = first_field(s->fd);
 584
 585     st->codec->codec_type = CODEC_TYPE_VIDEO;
 586     st->codec->codec_id = CODEC_ID_RAWVIDEO;
 587     st->codec->width = width;
 588     st->codec->height = height;
 589     st->codec->time_base.den = frame_rate;
 590     st->codec->time_base.num = frame_rate_base;
 591     st->codec->bit_rate = s->frame_size * 1/av_q2d(st->codec->time_base) * 8;
 592
 593     return 0;
 594 }
 595
 596 static int v4l2_read_packet(AVFormatContext *s1, AVPacket *pkt)
 597 {
 598     struct video_data *s = s1->priv_data;
 599     int res;
 600
 601     if (s->io_method == io_mmap) {
 602         av_init_packet(pkt);
 603         res = mmap_read_frame(s1, pkt);
 604     } else if (s->io_method == io_read) {
 605         if (av_new_packet(pkt, s->frame_size) < 0)
 606             return AVERROR(EIO);
 607
 608         res = read_frame(s1, pkt);
 609     } else {
 610         return AVERROR(EIO);
 611     }
 612     if (res < 0) {
 613         return res;
 614     }
 615
 616     if (s1->streams[0]->codec->coded_frame) {
 617         s1->streams[0]->codec->coded_frame->interlaced_frame = 1;
 618         s1->streams[0]->codec->coded_frame->top_field_first = s->top_field_first;
 619     }
 620
 621     return s->frame_size;
 622 }
 623
 624 static int v4l2_read_close(AVFormatContext *s1)
 625 {
 626     struct video_data *s = s1->priv_data;
 627
 628     if (s->io_method == io_mmap) {
 629         mmap_close(s);
 630     }
 631
 632     close(s->fd);
 633     return 0;
 634 }
 635
 636 AVInputFormat v4l2_demuxer = {
 637     "video4linux2",
 638     NULL_IF_CONFIG_SMALL("video grab"),
 639     sizeof(struct video_data),
 640     NULL,
 641     v4l2_read_header,
 642     v4l2_read_packet,
 643     v4l2_read_close,
 644     .flags = AVFMT_NOFILE,
 645 };