8svx: decode directly to the user-provided AVFrame
[ffmpeg.git] / libavformat / dv.c
1 /*
2  * General DV muxer/demuxer
3  * Copyright (c) 2003 Roman Shaposhnik
4  *
5  * Many thanks to Dan Dennedy <dan@dennedy.org> for providing wealth
6  * of DV technical info.
7  *
8  * Raw DV format
9  * Copyright (c) 2002 Fabrice Bellard
10  *
11  * 50 Mbps (DVCPRO50) and 100 Mbps (DVCPRO HD) support
12  * Copyright (c) 2006 Daniel Maas <dmaas@maasdigital.com>
13  * Funded by BBC Research & Development
14  *
15  * This file is part of Libav.
16  *
17  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
18  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
19  * License as published by the Free Software Foundation; either
20  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
21  *
22  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
23  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
24  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
25  * Lesser General Public License for more details.
26  *
27  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
28  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
29  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
30  */
31 #include <time.h>
32 #include "avformat.h"
33 #include "internal.h"
34 #include "libavcodec/dv_profile.h"
35 #include "libavcodec/dvdata.h"
36 #include "libavutil/channel_layout.h"
37 #include "libavutil/intreadwrite.h"
38 #include "libavutil/mathematics.h"
39 #include "dv.h"
40
41 struct DVDemuxContext {
42     const DVprofile*  sys;    /* Current DV profile. E.g.: 525/60, 625/50 */
43     AVFormatContext*  fctx;
44     AVStream*         vst;
45     AVStream*         ast[4];
46     AVPacket          audio_pkt[4];
47     uint8_t           audio_buf[4][8192];
48     int               ach;
49     int               frames;
50     uint64_t          abytes;
51 };
52
53 static inline uint16_t dv_audio_12to16(uint16_t sample)
54 {
55     uint16_t shift, result;
56
57     sample = (sample < 0x800) ? sample : sample | 0xf000;
58     shift  = (sample & 0xf00) >> 8;
59
60     if (shift < 0x2 || shift > 0xd) {
61         result = sample;
62     } else if (shift < 0x8) {
63         shift--;
64         result = (sample - (256 * shift)) << shift;
65     } else {
66         shift = 0xe - shift;
67         result = ((sample + ((256 * shift) + 1)) << shift) - 1;
68     }
69
70     return result;
71 }
72
73 /*
74  * This is the dumbest implementation of all -- it simply looks at
75  * a fixed offset and if pack isn't there -- fails. We might want
76  * to have a fallback mechanism for complete search of missing packs.
77  */
78 static const uint8_t* dv_extract_pack(uint8_t* frame, enum dv_pack_type t)
79 {
80     int offs;
81
82     switch (t) {
83     case dv_audio_source:
84         offs = (80*6 + 80*16*3 + 3);
85         break;
86     case dv_audio_control:
87         offs = (80*6 + 80*16*4 + 3);
88         break;
89     case dv_video_control:
90         offs = (80*5 + 48 + 5);
91         break;
92     default:
93         return NULL;
94     }
95
96     return frame[offs] == t ? &frame[offs] : NULL;
97 }
98
99 static const int dv_audio_frequency[3] = {
100     48000, 44100, 32000,
101 };
102
103 /*
104  * There's a couple of assumptions being made here:
105  * 1. By default we silence erroneous (0x8000/16bit 0x800/12bit) audio samples.
106  *    We can pass them upwards when libavcodec will be ready to deal with them.
107  * 2. We don't do software emphasis.
108  * 3. Audio is always returned as 16bit linear samples: 12bit nonlinear samples
109  *    are converted into 16bit linear ones.
110  */
111 static int dv_extract_audio(uint8_t* frame, uint8_t* ppcm[4],
112                             const DVprofile *sys)
113 {
114     int size, chan, i, j, d, of, smpls, freq, quant, half_ch;
115     uint16_t lc, rc;
116     const uint8_t* as_pack;
117     uint8_t *pcm, ipcm;
118
119     as_pack = dv_extract_pack(frame, dv_audio_source);
120     if (!as_pack)    /* No audio ? */
121         return 0;
122
123     smpls =  as_pack[1] & 0x3f;       /* samples in this frame - min. samples */
124     freq  = (as_pack[4] >> 3) & 0x07; /* 0 - 48kHz, 1 - 44,1kHz, 2 - 32kHz */
125     quant =  as_pack[4] & 0x07;       /* 0 - 16bit linear, 1 - 12bit nonlinear */
126
127     if (quant > 1)
128         return -1; /* unsupported quantization */
129
130     if (freq >= FF_ARRAY_ELEMS(dv_audio_frequency))
131         return AVERROR_INVALIDDATA;
132
133     size = (sys->audio_min_samples[freq] + smpls) * 4; /* 2ch, 2bytes */
134     half_ch = sys->difseg_size / 2;
135
136     /* We work with 720p frames split in half, thus even frames have
137      * channels 0,1 and odd 2,3. */
138     ipcm = (sys->height == 720 && !(frame[1] & 0x0C)) ? 2 : 0;
139
140     /* for each DIF channel */
141     for (chan = 0; chan < sys->n_difchan; chan++) {
142         /* next stereo channel (50Mbps and 100Mbps only) */
143         pcm = ppcm[ipcm++];
144         if (!pcm)
145             break;
146
147         /* for each DIF segment */
148         for (i = 0; i < sys->difseg_size; i++) {
149             frame += 6 * 80; /* skip DIF segment header */
150             if (quant == 1 && i == half_ch) {
151                 /* next stereo channel (12bit mode only) */
152                 pcm = ppcm[ipcm++];
153                 if (!pcm)
154                     break;
155             }
156
157             /* for each AV sequence */
158             for (j = 0; j < 9; j++) {
159                 for (d = 8; d < 80; d += 2) {
160                     if (quant == 0) {  /* 16bit quantization */
161                         of = sys->audio_shuffle[i][j] + (d - 8) / 2 * sys->audio_stride;
162                         if (of*2 >= size)
163                             continue;
164
165                         pcm[of*2]   = frame[d+1]; // FIXME: maybe we have to admit
166                         pcm[of*2+1] = frame[d];   //        that DV is a big-endian PCM
167                         if (pcm[of*2+1] == 0x80 && pcm[of*2] == 0x00)
168                             pcm[of*2+1] = 0;
169                     } else {           /* 12bit quantization */
170                         lc = ((uint16_t)frame[d]   << 4) |
171                              ((uint16_t)frame[d+2] >> 4);
172                         rc = ((uint16_t)frame[d+1] << 4) |
173                              ((uint16_t)frame[d+2] & 0x0f);
174                         lc = (lc == 0x800 ? 0 : dv_audio_12to16(lc));
175                         rc = (rc == 0x800 ? 0 : dv_audio_12to16(rc));
176
177                         of = sys->audio_shuffle[i%half_ch][j] + (d - 8) / 3 * sys->audio_stride;
178                         if (of*2 >= size)
179                             continue;
180
181                         pcm[of*2]   = lc & 0xff; // FIXME: maybe we have to admit
182                         pcm[of*2+1] = lc >> 8;   //        that DV is a big-endian PCM
183                         of = sys->audio_shuffle[i%half_ch+half_ch][j] +
184                             (d - 8) / 3 * sys->audio_stride;
185                         pcm[of*2]   = rc & 0xff; // FIXME: maybe we have to admit
186                         pcm[of*2+1] = rc >> 8;   //        that DV is a big-endian PCM
187                         ++d;
188                     }
189                 }
190
191                 frame += 16 * 80; /* 15 Video DIFs + 1 Audio DIF */
192             }
193         }
194     }
195
196     return size;
197 }
198
199 static int dv_extract_audio_info(DVDemuxContext* c, uint8_t* frame)
200 {
201     const uint8_t* as_pack;
202     int freq, stype, smpls, quant, i, ach;
203
204     as_pack = dv_extract_pack(frame, dv_audio_source);
205     if (!as_pack || !c->sys) {    /* No audio ? */
206         c->ach = 0;
207         return 0;
208     }
209
210     smpls =  as_pack[1] & 0x3f;       /* samples in this frame - min. samples */
211     freq  = (as_pack[4] >> 3) & 0x07; /* 0 - 48kHz, 1 - 44,1kHz, 2 - 32kHz */
212     stype = (as_pack[3] & 0x1f);      /* 0 - 2CH, 2 - 4CH, 3 - 8CH */
213     quant =  as_pack[4] & 0x07;       /* 0 - 16bit linear, 1 - 12bit nonlinear */
214
215     if (freq >= FF_ARRAY_ELEMS(dv_audio_frequency)) {
216         av_log(c->fctx, AV_LOG_ERROR,
217                "Unrecognized audio sample rate index (%d)\n", freq);
218         return 0;
219     }
220
221     if (stype > 3) {
222         av_log(c->fctx, AV_LOG_ERROR, "stype %d is invalid\n", stype);
223         c->ach = 0;
224         return 0;
225     }
226
227     /* note: ach counts PAIRS of channels (i.e. stereo channels) */
228     ach = ((int[4]){  1,  0,  2,  4})[stype];
229     if (ach == 1 && quant && freq == 2)
230         ach = 2;
231
232     /* Dynamic handling of the audio streams in DV */
233     for (i = 0; i < ach; i++) {
234         if (!c->ast[i]) {
235             c->ast[i] = avformat_new_stream(c->fctx, NULL);
236             if (!c->ast[i])
237                 break;
238             avpriv_set_pts_info(c->ast[i], 64, 1, 30000);
239             c->ast[i]->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
240             c->ast[i]->codec->codec_id   = AV_CODEC_ID_PCM_S16LE;
241
242             av_init_packet(&c->audio_pkt[i]);
243             c->audio_pkt[i].size         = 0;
244             c->audio_pkt[i].data         = c->audio_buf[i];
245             c->audio_pkt[i].stream_index = c->ast[i]->index;
246             c->audio_pkt[i].flags       |= AV_PKT_FLAG_KEY;
247         }
248         c->ast[i]->codec->sample_rate = dv_audio_frequency[freq];
249         c->ast[i]->codec->channels    = 2;
250         c->ast[i]->codec->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
251         c->ast[i]->codec->bit_rate    = 2 * dv_audio_frequency[freq] * 16;
252         c->ast[i]->start_time         = 0;
253     }
254     c->ach = i;
255
256     return (c->sys->audio_min_samples[freq] + smpls) * 4; /* 2ch, 2bytes */;
257 }
258
259 static int dv_extract_video_info(DVDemuxContext *c, uint8_t* frame)
260 {
261     const uint8_t* vsc_pack;
262     AVCodecContext* avctx;
263     int apt, is16_9;
264     int size = 0;
265
266     if (c->sys) {
267         avctx = c->vst->codec;
268
269         avpriv_set_pts_info(c->vst, 64, c->sys->time_base.num,
270                             c->sys->time_base.den);
271         avctx->time_base= c->sys->time_base;
272         if (!avctx->width){
273             avctx->width = c->sys->width;
274             avctx->height = c->sys->height;
275         }
276         avctx->pix_fmt = c->sys->pix_fmt;
277
278         /* finding out SAR is a little bit messy */
279         vsc_pack = dv_extract_pack(frame, dv_video_control);
280         apt      = frame[4] & 0x07;
281         is16_9   = (vsc_pack && ((vsc_pack[2] & 0x07) == 0x02 ||
282                                  (!apt && (vsc_pack[2] & 0x07) == 0x07)));
283         c->vst->sample_aspect_ratio = c->sys->sar[is16_9];
284         avctx->bit_rate = av_rescale_q(c->sys->frame_size, (AVRational){8,1},
285                                        c->sys->time_base);
286         size = c->sys->frame_size;
287     }
288     return size;
289 }
290
291 /*
292  * The following 3 functions constitute our interface to the world
293  */
294
295 DVDemuxContext* avpriv_dv_init_demux(AVFormatContext *s)
296 {
297     DVDemuxContext *c;
298
299     c = av_mallocz(sizeof(DVDemuxContext));
300     if (!c)
301         return NULL;
302
303     c->vst = avformat_new_stream(s, NULL);
304     if (!c->vst) {
305         av_free(c);
306         return NULL;
307     }
308
309     c->fctx                   = s;
310     c->vst->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
311     c->vst->codec->codec_id   = AV_CODEC_ID_DVVIDEO;
312     c->vst->codec->bit_rate   = 25000000;
313     c->vst->start_time        = 0;
314
315     return c;
316 }
317
318 int avpriv_dv_get_packet(DVDemuxContext *c, AVPacket *pkt)
319 {
320     int size = -1;
321     int i;
322
323     for (i = 0; i < c->ach; i++) {
324         if (c->ast[i] && c->audio_pkt[i].size) {
325             *pkt = c->audio_pkt[i];
326             c->audio_pkt[i].size = 0;
327             size = pkt->size;
328             break;
329         }
330     }
331
332     return size;
333 }
334
335 int avpriv_dv_produce_packet(DVDemuxContext *c, AVPacket *pkt,
336                       uint8_t* buf, int buf_size)
337 {
338     int size, i;
339     uint8_t *ppcm[4] = {0};
340
341     if (buf_size < DV_PROFILE_BYTES ||
342         !(c->sys = avpriv_dv_frame_profile(c->sys, buf, buf_size)) ||
343         buf_size < c->sys->frame_size) {
344         return -1;   /* Broken frame, or not enough data */
345     }
346
347     /* Queueing audio packet */
348     /* FIXME: in case of no audio/bad audio we have to do something */
349     size = dv_extract_audio_info(c, buf);
350     for (i = 0; i < c->ach; i++) {
351         c->audio_pkt[i].size = size;
352         c->audio_pkt[i].pts  = c->abytes * 30000 * 8 / c->ast[i]->codec->bit_rate;
353         ppcm[i] = c->audio_buf[i];
354     }
355     if (c->ach)
356         dv_extract_audio(buf, ppcm, c->sys);
357
358     /* We work with 720p frames split in half, thus even frames have
359      * channels 0,1 and odd 2,3. */
360     if (c->sys->height == 720) {
361         if (buf[1] & 0x0C) {
362             c->audio_pkt[2].size = c->audio_pkt[3].size = 0;
363         } else {
364             c->audio_pkt[0].size = c->audio_pkt[1].size = 0;
365             c->abytes += size;
366         }
367     } else {
368         c->abytes += size;
369     }
370
371     /* Now it's time to return video packet */
372     size = dv_extract_video_info(c, buf);
373     av_init_packet(pkt);
374     pkt->data         = buf;
375     pkt->size         = size;
376     pkt->flags       |= AV_PKT_FLAG_KEY;
377     pkt->stream_index = c->vst->index;
378     pkt->pts          = c->frames;
379
380     c->frames++;
381
382     return size;
383 }
384
385 static int64_t dv_frame_offset(AVFormatContext *s, DVDemuxContext *c,
386                               int64_t timestamp, int flags)
387 {
388     // FIXME: sys may be wrong if last dv_read_packet() failed (buffer is junk)
389     const DVprofile* sys = avpriv_dv_codec_profile(c->vst->codec);
390     int64_t offset;
391     int64_t size = avio_size(s->pb) - s->data_offset;
392     int64_t max_offset = ((size-1) / sys->frame_size) * sys->frame_size;
393
394     offset = sys->frame_size * timestamp;
395
396     if (size >= 0 && offset > max_offset) offset = max_offset;
397     else if (offset < 0) offset = 0;
398
399     return offset + s->data_offset;
400 }
401
402 void ff_dv_offset_reset(DVDemuxContext *c, int64_t frame_offset)
403 {
404     c->frames= frame_offset;
405     if (c->ach)
406         c->abytes= av_rescale_q(c->frames, c->sys->time_base,
407                                 (AVRational){8, c->ast[0]->codec->bit_rate});
408     c->audio_pkt[0].size = c->audio_pkt[1].size = 0;
409     c->audio_pkt[2].size = c->audio_pkt[3].size = 0;
410 }
411
412 /************************************************************
413  * Implementation of the easiest DV storage of all -- raw DV.
414  ************************************************************/
415
416 typedef struct RawDVContext {
417     DVDemuxContext* dv_demux;
418     uint8_t         buf[DV_MAX_FRAME_SIZE];
419 } RawDVContext;
420
421 static int dv_read_header(AVFormatContext *s)
422 {
423     unsigned state, marker_pos = 0;
424     RawDVContext *c = s->priv_data;
425
426     c->dv_demux = avpriv_dv_init_demux(s);
427     if (!c->dv_demux)
428         return -1;
429
430     state = avio_rb32(s->pb);
431     while ((state & 0xffffff7f) != 0x1f07003f) {
432         if (s->pb->eof_reached) {
433             av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Cannot find DV header.\n");
434             return -1;
435         }
436         if (state == 0x003f0700 || state == 0xff3f0700)
437             marker_pos = avio_tell(s->pb);
438         if (state == 0xff3f0701 && avio_tell(s->pb) - marker_pos == 80) {
439             avio_seek(s->pb, -163, SEEK_CUR);
440             state = avio_rb32(s->pb);
441             break;
442         }
443         state = (state << 8) | avio_r8(s->pb);
444     }
445     AV_WB32(c->buf, state);
446
447     if (avio_read(s->pb, c->buf + 4, DV_PROFILE_BYTES - 4) <= 0 ||
448         avio_seek(s->pb, -DV_PROFILE_BYTES, SEEK_CUR) < 0)
449         return AVERROR(EIO);
450
451     c->dv_demux->sys = avpriv_dv_frame_profile(c->dv_demux->sys, c->buf, DV_PROFILE_BYTES);
452     if (!c->dv_demux->sys) {
453         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Can't determine profile of DV input stream.\n");
454         return -1;
455     }
456
457     s->bit_rate = av_rescale_q(c->dv_demux->sys->frame_size, (AVRational){8,1},
458                                c->dv_demux->sys->time_base);
459
460     return 0;
461 }
462
463
464 static int dv_read_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
465 {
466     int size;
467     RawDVContext *c = s->priv_data;
468
469     size = avpriv_dv_get_packet(c->dv_demux, pkt);
470
471     if (size < 0) {
472         if (!c->dv_demux->sys)
473             return AVERROR(EIO);
474         size = c->dv_demux->sys->frame_size;
475         if (avio_read(s->pb, c->buf, size) <= 0)
476             return AVERROR(EIO);
477
478         size = avpriv_dv_produce_packet(c->dv_demux, pkt, c->buf, size);
479     }
480
481     return size;
482 }
483
484 static int dv_read_seek(AVFormatContext *s, int stream_index,
485                        int64_t timestamp, int flags)
486 {
487     RawDVContext *r   = s->priv_data;
488     DVDemuxContext *c = r->dv_demux;
489     int64_t offset    = dv_frame_offset(s, c, timestamp, flags);
490
491     if (avio_seek(s->pb, offset, SEEK_SET) < 0)
492         return -1;
493
494     ff_dv_offset_reset(c, offset / c->sys->frame_size);
495     return 0;
496 }
497
498 static int dv_read_close(AVFormatContext *s)
499 {
500     RawDVContext *c = s->priv_data;
501     av_free(c->dv_demux);
502     return 0;
503 }
504
505 static int dv_probe(AVProbeData *p)
506 {
507     unsigned state, marker_pos = 0;
508     int i;
509     int matches = 0;
510     int secondary_matches = 0;
511
512     if (p->buf_size < 5)
513         return 0;
514
515     state = AV_RB32(p->buf);
516     for (i = 4; i < p->buf_size; i++) {
517         if ((state & 0xffffff7f) == 0x1f07003f)
518             matches++;
519         // any section header, also with seq/chan num != 0,
520         // should appear around every 12000 bytes, at least 10 per frame
521         if ((state & 0xff07ff7f) == 0x1f07003f)
522             secondary_matches++;
523         if (state == 0x003f0700 || state == 0xff3f0700)
524             marker_pos = i;
525         if (state == 0xff3f0701 && i - marker_pos == 80)
526             matches++;
527         state = (state << 8) | p->buf[i];
528     }
529
530     if (matches && p->buf_size / matches < 1024*1024) {
531         if (matches > 4 || (secondary_matches >= 10 && p->buf_size / secondary_matches < 24000))
532             return AVPROBE_SCORE_MAX*3/4; // not max to avoid dv in mov to match
533         return AVPROBE_SCORE_MAX/4;
534     }
535     return 0;
536 }
537
538 #if CONFIG_DV_DEMUXER
539 AVInputFormat ff_dv_demuxer = {
540     .name           = "dv",
541     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DV (Digital Video)"),
542     .priv_data_size = sizeof(RawDVContext),
543     .read_probe     = dv_probe,
544     .read_header    = dv_read_header,
545     .read_packet    = dv_read_packet,
546     .read_close     = dv_read_close,
547     .read_seek      = dv_read_seek,
548     .extensions     = "dv,dif",
549 };
550 #endif