avfilter: new multimedia filter avf_showcqt.c
[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 FFmpeg.
16  *
17  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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/dv.h"
36 #include "libavutil/channel_layout.h"
37 #include "libavutil/intreadwrite.h"
38 #include "libavutil/mathematics.h"
39 #include "libavutil/timecode.h"
40 #include "dv.h"
41 #include "libavutil/avassert.h"
42
43 struct DVDemuxContext {
44     const DVprofile*  sys;    /* Current DV profile. E.g.: 525/60, 625/50 */
45     AVFormatContext*  fctx;
46     AVStream*         vst;
47     AVStream*         ast[4];
48     AVPacket          audio_pkt[4];
49     uint8_t           audio_buf[4][8192];
50     int               ach;
51     int               frames;
52     uint64_t          abytes;
53 };
54
55 static inline uint16_t dv_audio_12to16(uint16_t sample)
56 {
57     uint16_t shift, result;
58
59     sample = (sample < 0x800) ? sample : sample | 0xf000;
60     shift  = (sample & 0xf00) >> 8;
61
62     if (shift < 0x2 || shift > 0xd) {
63         result = sample;
64     } else if (shift < 0x8) {
65         shift--;
66         result = (sample - (256 * shift)) << shift;
67     } else {
68         shift  = 0xe - shift;
69         result = ((sample + ((256 * shift) + 1)) << shift) - 1;
70     }
71
72     return result;
73 }
74
75 /*
76  * This is the dumbest implementation of all -- it simply looks at
77  * a fixed offset and if pack isn't there -- fails. We might want
78  * to have a fallback mechanism for complete search of missing packs.
79  */
80 static const uint8_t *dv_extract_pack(uint8_t *frame, enum dv_pack_type t)
81 {
82     int offs;
83
84     switch (t) {
85     case dv_audio_source:
86         offs = (80 * 6 + 80 * 16 * 3 + 3);
87         break;
88     case dv_audio_control:
89         offs = (80 * 6 + 80 * 16 * 4 + 3);
90         break;
91     case dv_video_control:
92         offs = (80 * 5 + 48 + 5);
93         break;
94     case dv_timecode:
95         offs = (80*1 + 3 + 3);
96         break;
97     default:
98         return NULL;
99     }
100
101     return frame[offs] == t ? &frame[offs] : NULL;
102 }
103
104 static const int dv_audio_frequency[3] = {
105     48000, 44100, 32000,
106 };
107
108 /*
109  * There's a couple of assumptions being made here:
110  * 1. By default we silence erroneous (0x8000/16bit 0x800/12bit) audio samples.
111  *    We can pass them upwards when libavcodec will be ready to deal with them.
112  * 2. We don't do software emphasis.
113  * 3. Audio is always returned as 16bit linear samples: 12bit nonlinear samples
114  *    are converted into 16bit linear ones.
115  */
116 static int dv_extract_audio(uint8_t *frame, uint8_t **ppcm,
117                             const DVprofile *sys)
118 {
119     int size, chan, i, j, d, of, smpls, freq, quant, half_ch;
120     uint16_t lc, rc;
121     const uint8_t *as_pack;
122     uint8_t *pcm, ipcm;
123
124     as_pack = dv_extract_pack(frame, dv_audio_source);
125     if (!as_pack)    /* No audio ? */
126         return 0;
127
128     smpls = as_pack[1]      & 0x3f; /* samples in this frame - min. samples */
129     freq  = as_pack[4] >> 3 & 0x07; /* 0 - 48kHz, 1 - 44,1kHz, 2 - 32kHz */
130     quant = as_pack[4]      & 0x07; /* 0 - 16bit linear, 1 - 12bit nonlinear */
131
132     if (quant > 1)
133         return -1;  /* unsupported quantization */
134
135     if (freq >= FF_ARRAY_ELEMS(dv_audio_frequency))
136         return AVERROR_INVALIDDATA;
137
138     size    = (sys->audio_min_samples[freq] + smpls) * 4; /* 2ch, 2bytes */
139     half_ch = sys->difseg_size / 2;
140
141     /* We work with 720p frames split in half, thus even frames have
142      * channels 0,1 and odd 2,3. */
143     ipcm = (sys->height == 720 && !(frame[1] & 0x0C)) ? 2 : 0;
144
145     if (ipcm + sys->n_difchan > (quant == 1 ? 2 : 4)) {
146         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "too many dv pcm frames\n");
147         return AVERROR_INVALIDDATA;
148     }
149
150     /* for each DIF channel */
151     for (chan = 0; chan < sys->n_difchan; chan++) {
152         av_assert0(ipcm<4);
153         pcm = ppcm[ipcm++];
154         if (!pcm)
155             break;
156
157         /* for each DIF segment */
158         for (i = 0; i < sys->difseg_size; i++) {
159             frame += 6 * 80; /* skip DIF segment header */
160             if (quant == 1 && i == half_ch) {
161                 /* next stereo channel (12bit mode only) */
162                 av_assert0(ipcm<4);
163                 pcm = ppcm[ipcm++];
164                 if (!pcm)
165                     break;
166             }
167
168             /* for each AV sequence */
169             for (j = 0; j < 9; j++) {
170                 for (d = 8; d < 80; d += 2) {
171                     if (quant == 0) {  /* 16bit quantization */
172                         of = sys->audio_shuffle[i][j] +
173                              (d - 8) / 2 * sys->audio_stride;
174                         if (of * 2 >= size)
175                             continue;
176
177                         /* FIXME: maybe we have to admit that DV is a
178                          * big-endian PCM */
179                         pcm[of * 2]     = frame[d + 1];
180                         pcm[of * 2 + 1] = frame[d];
181
182                         if (pcm[of * 2 + 1] == 0x80 && pcm[of * 2] == 0x00)
183                             pcm[of * 2 + 1] = 0;
184                     } else {           /* 12bit quantization */
185                         lc = ((uint16_t)frame[d]     << 4) |
186                              ((uint16_t)frame[d + 2] >> 4);
187                         rc = ((uint16_t)frame[d + 1] << 4) |
188                              ((uint16_t)frame[d + 2] & 0x0f);
189                         lc = (lc == 0x800 ? 0 : dv_audio_12to16(lc));
190                         rc = (rc == 0x800 ? 0 : dv_audio_12to16(rc));
191
192                         of = sys->audio_shuffle[i % half_ch][j] +
193                              (d - 8) / 3 * sys->audio_stride;
194                         if (of * 2 >= size)
195                             continue;
196
197                         /* FIXME: maybe we have to admit that DV is a
198                          * big-endian PCM */
199                         pcm[of * 2]     = lc & 0xff;
200                         pcm[of * 2 + 1] = lc >> 8;
201                         of = sys->audio_shuffle[i % half_ch + half_ch][j] +
202                              (d - 8) / 3 * sys->audio_stride;
203                         /* FIXME: maybe we have to admit that DV is a
204                          * big-endian PCM */
205                         pcm[of * 2]     = rc & 0xff;
206                         pcm[of * 2 + 1] = rc >> 8;
207                         ++d;
208                     }
209                 }
210
211                 frame += 16 * 80; /* 15 Video DIFs + 1 Audio DIF */
212             }
213         }
214     }
215
216     return size;
217 }
218
219 static int dv_extract_audio_info(DVDemuxContext *c, uint8_t *frame)
220 {
221     const uint8_t *as_pack;
222     int freq, stype, smpls, quant, i, ach;
223
224     as_pack = dv_extract_pack(frame, dv_audio_source);
225     if (!as_pack || !c->sys) {    /* No audio ? */
226         c->ach = 0;
227         return 0;
228     }
229
230     smpls = as_pack[1]      & 0x3f; /* samples in this frame - min. samples */
231     freq  = as_pack[4] >> 3 & 0x07; /* 0 - 48kHz, 1 - 44,1kHz, 2 - 32kHz */
232     stype = as_pack[3]      & 0x1f; /* 0 - 2CH, 2 - 4CH, 3 - 8CH */
233     quant = as_pack[4]      & 0x07; /* 0 - 16bit linear, 1 - 12bit nonlinear */
234
235     if (freq >= FF_ARRAY_ELEMS(dv_audio_frequency)) {
236         av_log(c->fctx, AV_LOG_ERROR,
237                "Unrecognized audio sample rate index (%d)\n", freq);
238         return 0;
239     }
240
241     if (stype > 3) {
242         av_log(c->fctx, AV_LOG_ERROR, "stype %d is invalid\n", stype);
243         c->ach = 0;
244         return 0;
245     }
246
247     /* note: ach counts PAIRS of channels (i.e. stereo channels) */
248     ach = ((int[4]) { 1, 0, 2, 4 })[stype];
249     if (ach == 1 && quant && freq == 2)
250         ach = 2;
251
252     /* Dynamic handling of the audio streams in DV */
253     for (i = 0; i < ach; i++) {
254         if (!c->ast[i]) {
255             c->ast[i] = avformat_new_stream(c->fctx, NULL);
256             if (!c->ast[i])
257                 break;
258             avpriv_set_pts_info(c->ast[i], 64, 1, 30000);
259             c->ast[i]->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
260             c->ast[i]->codec->codec_id   = AV_CODEC_ID_PCM_S16LE;
261
262             av_init_packet(&c->audio_pkt[i]);
263             c->audio_pkt[i].size         = 0;
264             c->audio_pkt[i].data         = c->audio_buf[i];
265             c->audio_pkt[i].stream_index = c->ast[i]->index;
266             c->audio_pkt[i].flags       |= AV_PKT_FLAG_KEY;
267         }
268         c->ast[i]->codec->sample_rate    = dv_audio_frequency[freq];
269         c->ast[i]->codec->channels       = 2;
270         c->ast[i]->codec->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
271         c->ast[i]->codec->bit_rate       = 2 * dv_audio_frequency[freq] * 16;
272         c->ast[i]->start_time            = 0;
273     }
274     c->ach = i;
275
276     return (c->sys->audio_min_samples[freq] + smpls) * 4; /* 2ch, 2bytes */
277 }
278
279 static int dv_extract_video_info(DVDemuxContext *c, uint8_t *frame)
280 {
281     const uint8_t *vsc_pack;
282     AVCodecContext *avctx;
283     int apt, is16_9;
284     int size = 0;
285
286     if (c->sys) {
287         avctx = c->vst->codec;
288
289         avpriv_set_pts_info(c->vst, 64, c->sys->time_base.num,
290                             c->sys->time_base.den);
291         c->vst->avg_frame_rate = av_inv_q(c->vst->time_base);
292
293         /* finding out SAR is a little bit messy */
294         vsc_pack = dv_extract_pack(frame, dv_video_control);
295         apt      = frame[4] & 0x07;
296         is16_9   = (vsc_pack && ((vsc_pack[2] & 0x07) == 0x02 ||
297                                  (!apt && (vsc_pack[2] & 0x07) == 0x07)));
298         c->vst->sample_aspect_ratio = c->sys->sar[is16_9];
299         avctx->bit_rate = av_rescale_q(c->sys->frame_size,
300                                        (AVRational) { 8, 1 },
301                                        c->sys->time_base);
302         size = c->sys->frame_size;
303     }
304     return size;
305 }
306
307 static int dv_extract_timecode(DVDemuxContext* c, uint8_t* frame, char *tc)
308 {
309     const uint8_t *tc_pack;
310
311     // For PAL systems, drop frame bit is replaced by an arbitrary
312     // bit so its value should not be considered. Drop frame timecode
313     // is only relevant for NTSC systems.
314     int prevent_df = c->sys->ltc_divisor == 25 || c->sys->ltc_divisor == 50;
315
316     tc_pack = dv_extract_pack(frame, dv_timecode);
317     if (!tc_pack)
318         return 0;
319     av_timecode_make_smpte_tc_string(tc, AV_RB32(tc_pack + 1), prevent_df);
320     return 1;
321 }
322
323 /* The following 3 functions constitute our interface to the world */
324
325 DVDemuxContext *avpriv_dv_init_demux(AVFormatContext *s)
326 {
327     DVDemuxContext *c;
328
329     c = av_mallocz(sizeof(DVDemuxContext));
330     if (!c)
331         return NULL;
332
333     c->vst = avformat_new_stream(s, NULL);
334     if (!c->vst) {
335         av_free(c);
336         return NULL;
337     }
338
339     c->fctx                   = s;
340     c->vst->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
341     c->vst->codec->codec_id   = AV_CODEC_ID_DVVIDEO;
342     c->vst->codec->bit_rate   = 25000000;
343     c->vst->start_time        = 0;
344
345     return c;
346 }
347
348 int avpriv_dv_get_packet(DVDemuxContext *c, AVPacket *pkt)
349 {
350     int size = -1;
351     int i;
352
353     for (i = 0; i < c->ach; i++) {
354         if (c->ast[i] && c->audio_pkt[i].size) {
355             *pkt                 = c->audio_pkt[i];
356             c->audio_pkt[i].size = 0;
357             size                 = pkt->size;
358             break;
359         }
360     }
361
362     return size;
363 }
364
365 int avpriv_dv_produce_packet(DVDemuxContext *c, AVPacket *pkt,
366                              uint8_t *buf, int buf_size, int64_t pos)
367 {
368     int size, i;
369     uint8_t *ppcm[5] = { 0 };
370
371     if (buf_size < DV_PROFILE_BYTES ||
372         !(c->sys = avpriv_dv_frame_profile(c->sys, buf, buf_size)) ||
373         buf_size < c->sys->frame_size) {
374         return -1;   /* Broken frame, or not enough data */
375     }
376
377     /* Queueing audio packet */
378     /* FIXME: in case of no audio/bad audio we have to do something */
379     size = dv_extract_audio_info(c, buf);
380     for (i = 0; i < c->ach; i++) {
381         c->audio_pkt[i].pos  = pos;
382         c->audio_pkt[i].size = size;
383         c->audio_pkt[i].pts  = c->abytes * 30000 * 8 /
384                                c->ast[i]->codec->bit_rate;
385         ppcm[i] = c->audio_buf[i];
386     }
387     if (c->ach)
388         dv_extract_audio(buf, ppcm, c->sys);
389
390     /* We work with 720p frames split in half, thus even frames have
391      * channels 0,1 and odd 2,3. */
392     if (c->sys->height == 720) {
393         if (buf[1] & 0x0C) {
394             c->audio_pkt[2].size = c->audio_pkt[3].size = 0;
395         } else {
396             c->audio_pkt[0].size = c->audio_pkt[1].size = 0;
397             c->abytes           += size;
398         }
399     } else {
400         c->abytes += size;
401     }
402
403     /* Now it's time to return video packet */
404     size = dv_extract_video_info(c, buf);
405     av_init_packet(pkt);
406     pkt->data         = buf;
407     pkt->pos          = pos;
408     pkt->size         = size;
409     pkt->flags       |= AV_PKT_FLAG_KEY;
410     pkt->stream_index = c->vst->index;
411     pkt->pts          = c->frames;
412
413     c->frames++;
414
415     return size;
416 }
417
418 static int64_t dv_frame_offset(AVFormatContext *s, DVDemuxContext *c,
419                                int64_t timestamp, int flags)
420 {
421     // FIXME: sys may be wrong if last dv_read_packet() failed (buffer is junk)
422     const DVprofile *sys = avpriv_dv_codec_profile(c->vst->codec);
423     int64_t offset;
424     int64_t size       = avio_size(s->pb) - s->data_offset;
425     int64_t max_offset = ((size - 1) / sys->frame_size) * sys->frame_size;
426
427     offset = sys->frame_size * timestamp;
428
429     if (size >= 0 && offset > max_offset)
430         offset = max_offset;
431     else if (offset < 0)
432         offset = 0;
433
434     return offset + s->data_offset;
435 }
436
437 void ff_dv_offset_reset(DVDemuxContext *c, int64_t frame_offset)
438 {
439     c->frames = frame_offset;
440     if (c->ach) {
441         if (c->sys) {
442         c->abytes = av_rescale_q(c->frames, c->sys->time_base,
443                                  (AVRational) { 8, c->ast[0]->codec->bit_rate });
444         } else
445             av_log(c->fctx, AV_LOG_ERROR, "cannot adjust audio bytes\n");
446     }
447     c->audio_pkt[0].size = c->audio_pkt[1].size = 0;
448     c->audio_pkt[2].size = c->audio_pkt[3].size = 0;
449 }
450
451 /************************************************************
452  * Implementation of the easiest DV storage of all -- raw DV.
453  ************************************************************/
454
455 typedef struct RawDVContext {
456     DVDemuxContext *dv_demux;
457     uint8_t         buf[DV_MAX_FRAME_SIZE];
458 } RawDVContext;
459
460 static int dv_read_timecode(AVFormatContext *s) {
461     int ret;
462     char timecode[AV_TIMECODE_STR_SIZE];
463     int64_t pos = avio_tell(s->pb);
464
465     // Read 3 DIF blocks: Header block and 2 Subcode blocks.
466     int partial_frame_size = 3 * 80;
467     uint8_t *partial_frame = av_mallocz(sizeof(*partial_frame) *
468                                         partial_frame_size);
469
470     RawDVContext *c = s->priv_data;
471     ret = avio_read(s->pb, partial_frame, partial_frame_size);
472     if (ret < 0)
473         goto finish;
474
475     if (ret < partial_frame_size) {
476         ret = -1;
477         goto finish;
478     }
479
480     ret = dv_extract_timecode(c->dv_demux, partial_frame, timecode);
481     if (ret)
482         av_dict_set(&s->metadata, "timecode", timecode, 0);
483     else
484         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Detected timecode is invalid\n");
485
486 finish:
487     av_free(partial_frame);
488     avio_seek(s->pb, pos, SEEK_SET);
489     return ret;
490 }
491
492 static int dv_read_header(AVFormatContext *s)
493 {
494     unsigned state, marker_pos = 0;
495     RawDVContext *c = s->priv_data;
496
497     c->dv_demux = avpriv_dv_init_demux(s);
498     if (!c->dv_demux)
499         return -1;
500
501     state = avio_rb32(s->pb);
502     while ((state & 0xffffff7f) != 0x1f07003f) {
503         if (url_feof(s->pb)) {
504             av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Cannot find DV header.\n");
505             return -1;
506         }
507         if (state == 0x003f0700 || state == 0xff3f0700)
508             marker_pos = avio_tell(s->pb);
509         if (state == 0xff3f0701 && avio_tell(s->pb) - marker_pos == 80) {
510             avio_seek(s->pb, -163, SEEK_CUR);
511             state = avio_rb32(s->pb);
512             break;
513         }
514         state = (state << 8) | avio_r8(s->pb);
515     }
516     AV_WB32(c->buf, state);
517
518     if (avio_read(s->pb, c->buf + 4, DV_PROFILE_BYTES - 4) != DV_PROFILE_BYTES - 4 ||
519         avio_seek(s->pb, -DV_PROFILE_BYTES, SEEK_CUR) < 0)
520         return AVERROR(EIO);
521
522     c->dv_demux->sys = avpriv_dv_frame_profile(c->dv_demux->sys,
523                                                c->buf,
524                                                DV_PROFILE_BYTES);
525     if (!c->dv_demux->sys) {
526         av_log(s, AV_LOG_ERROR,
527                "Can't determine profile of DV input stream.\n");
528         return -1;
529     }
530
531     s->bit_rate = av_rescale_q(c->dv_demux->sys->frame_size,
532                                (AVRational) { 8, 1 },
533                                c->dv_demux->sys->time_base);
534
535     if (s->pb->seekable)
536         dv_read_timecode(s);
537
538     return 0;
539 }
540
541 static int dv_read_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
542 {
543     int size;
544     RawDVContext *c = s->priv_data;
545
546     size = avpriv_dv_get_packet(c->dv_demux, pkt);
547
548     if (size < 0) {
549         int64_t pos = avio_tell(s->pb);
550         if (!c->dv_demux->sys)
551             return AVERROR(EIO);
552         size = c->dv_demux->sys->frame_size;
553         if (avio_read(s->pb, c->buf, size) <= 0)
554             return AVERROR(EIO);
555
556         size = avpriv_dv_produce_packet(c->dv_demux, pkt, c->buf, size, pos);
557     }
558
559     return size;
560 }
561
562 static int dv_read_seek(AVFormatContext *s, int stream_index,
563                         int64_t timestamp, int flags)
564 {
565     RawDVContext *r   = s->priv_data;
566     DVDemuxContext *c = r->dv_demux;
567     int64_t offset    = dv_frame_offset(s, c, timestamp, flags);
568
569     if (avio_seek(s->pb, offset, SEEK_SET) < 0)
570         return -1;
571
572     ff_dv_offset_reset(c, offset / c->sys->frame_size);
573     return 0;
574 }
575
576 static int dv_read_close(AVFormatContext *s)
577 {
578     RawDVContext *c = s->priv_data;
579     av_free(c->dv_demux);
580     return 0;
581 }
582
583 static int dv_probe(AVProbeData *p)
584 {
585     unsigned marker_pos = 0;
586     int i;
587     int matches           = 0;
588     int firstmatch        = 0;
589     int secondary_matches = 0;
590
591     if (p->buf_size < 5)
592         return 0;
593
594     for (i = 0; i < p->buf_size-4; i++) {
595         unsigned state = AV_RB32(p->buf+i);
596         if ((state & 0x0007f840) == 0x00070000) {
597             // any section header, also with seq/chan num != 0,
598             // should appear around every 12000 bytes, at least 10 per frame
599             if ((state & 0xff07ff7f) == 0x1f07003f) {
600                 secondary_matches++;
601                 if ((state & 0xffffff7f) == 0x1f07003f) {
602                     matches++;
603                     if (!i)
604                         firstmatch = 1;
605                 }
606             }
607             if (state == 0x003f0700 || state == 0xff3f0700)
608                 marker_pos = i;
609             if (state == 0xff3f0701 && i - marker_pos == 80)
610                 matches++;
611         }
612     }
613
614     if (matches && p->buf_size / matches < 1024 * 1024) {
615         if (matches > 4 || firstmatch ||
616             (secondary_matches >= 10 &&
617              p->buf_size / secondary_matches < 24000))
618             // not max to avoid dv in mov to match
619             return AVPROBE_SCORE_MAX * 3 / 4;
620         return AVPROBE_SCORE_MAX / 4;
621     }
622     return 0;
623 }
624
625 #if CONFIG_DV_DEMUXER
626 AVInputFormat ff_dv_demuxer = {
627     .name           = "dv",
628     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DV (Digital Video)"),
629     .priv_data_size = sizeof(RawDVContext),
630     .read_probe     = dv_probe,
631     .read_header    = dv_read_header,
632     .read_packet    = dv_read_packet,
633     .read_close     = dv_read_close,
634     .read_seek      = dv_read_seek,
635     .extensions     = "dv,dif",
636 };
637 #endif