5b229e9f07a06ee1907c86930cfa5e1d2fc9f9ce
[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 "libavcodec/dvdata.h"
34 #include "libavutil/intreadwrite.h"
35 #include "libavutil/mathematics.h"
36 #include "dv.h"
37
38 struct DVDemuxContext {
39     const DVprofile*  sys;    /* Current DV profile. E.g.: 525/60, 625/50 */
40     AVFormatContext*  fctx;
41     AVStream*         vst;
42     AVStream*         ast[4];
43     AVPacket          audio_pkt[4];
44     uint8_t           audio_buf[4][8192];
45     int               ach;
46     int               frames;
47     uint64_t          abytes;
48 };
49
50 static inline uint16_t dv_audio_12to16(uint16_t sample)
51 {
52     uint16_t shift, result;
53
54     sample = (sample < 0x800) ? sample : sample | 0xf000;
55     shift  = (sample & 0xf00) >> 8;
56
57     if (shift < 0x2 || shift > 0xd) {
58         result = sample;
59     } else if (shift < 0x8) {
60         shift--;
61         result = (sample - (256 * shift)) << shift;
62     } else {
63         shift = 0xe - shift;
64         result = ((sample + ((256 * shift) + 1)) << shift) - 1;
65     }
66
67     return result;
68 }
69
70 /*
71  * This is the dumbest implementation of all -- it simply looks at
72  * a fixed offset and if pack isn't there -- fails. We might want
73  * to have a fallback mechanism for complete search of missing packs.
74  */
75 static const uint8_t* dv_extract_pack(uint8_t* frame, enum dv_pack_type t)
76 {
77     int offs;
78
79     switch (t) {
80     case dv_audio_source:
81         offs = (80*6 + 80*16*3 + 3);
82         break;
83     case dv_audio_control:
84         offs = (80*6 + 80*16*4 + 3);
85         break;
86     case dv_video_control:
87         offs = (80*5 + 48 + 5);
88         break;
89     default:
90         return NULL;
91     }
92
93     return frame[offs] == t ? &frame[offs] : NULL;
94 }
95
96 /*
97  * There's a couple of assumptions being made here:
98  * 1. By default we silence erroneous (0x8000/16bit 0x800/12bit) audio samples.
99  *    We can pass them upwards when ffmpeg will be ready to deal with them.
100  * 2. We don't do software emphasis.
101  * 3. Audio is always returned as 16bit linear samples: 12bit nonlinear samples
102  *    are converted into 16bit linear ones.
103  */
104 static int dv_extract_audio(uint8_t* frame, uint8_t* ppcm[4],
105                             const DVprofile *sys)
106 {
107     int size, chan, i, j, d, of, smpls, freq, quant, half_ch;
108     uint16_t lc, rc;
109     const uint8_t* as_pack;
110     uint8_t *pcm, ipcm;
111
112     as_pack = dv_extract_pack(frame, dv_audio_source);
113     if (!as_pack)    /* No audio ? */
114         return 0;
115
116     smpls =  as_pack[1] & 0x3f;       /* samples in this frame - min. samples */
117     freq  = (as_pack[4] >> 3) & 0x07; /* 0 - 48kHz, 1 - 44,1kHz, 2 - 32kHz */
118     quant =  as_pack[4] & 0x07;       /* 0 - 16bit linear, 1 - 12bit nonlinear */
119
120     if (quant > 1)
121         return -1; /* unsupported quantization */
122
123     size = (sys->audio_min_samples[freq] + smpls) * 4; /* 2ch, 2bytes */
124     half_ch = sys->difseg_size / 2;
125
126     /* We work with 720p frames split in half, thus even frames have
127      * channels 0,1 and odd 2,3. */
128     ipcm = (sys->height == 720 && !(frame[1] & 0x0C)) ? 2 : 0;
129     pcm  = ppcm[ipcm++];
130
131     /* for each DIF channel */
132     for (chan = 0; chan < sys->n_difchan; chan++) {
133         /* for each DIF segment */
134         for (i = 0; i < sys->difseg_size; i++) {
135             frame += 6 * 80; /* skip DIF segment header */
136             if (quant == 1 && i == half_ch) {
137                 /* next stereo channel (12bit mode only) */
138                 pcm = ppcm[ipcm++];
139                 if (!pcm)
140                     break;
141             }
142
143             /* for each AV sequence */
144             for (j = 0; j < 9; j++) {
145                 for (d = 8; d < 80; d += 2) {
146                     if (quant == 0) {  /* 16bit quantization */
147                         of = sys->audio_shuffle[i][j] + (d - 8) / 2 * sys->audio_stride;
148                         if (of*2 >= size)
149                             continue;
150
151                         pcm[of*2]   = frame[d+1]; // FIXME: maybe we have to admit
152                         pcm[of*2+1] = frame[d];   //        that DV is a big-endian PCM
153                         if (pcm[of*2+1] == 0x80 && pcm[of*2] == 0x00)
154                             pcm[of*2+1] = 0;
155                     } else {           /* 12bit quantization */
156                         lc = ((uint16_t)frame[d]   << 4) |
157                              ((uint16_t)frame[d+2] >> 4);
158                         rc = ((uint16_t)frame[d+1] << 4) |
159                              ((uint16_t)frame[d+2] & 0x0f);
160                         lc = (lc == 0x800 ? 0 : dv_audio_12to16(lc));
161                         rc = (rc == 0x800 ? 0 : dv_audio_12to16(rc));
162
163                         of = sys->audio_shuffle[i%half_ch][j] + (d - 8) / 3 * sys->audio_stride;
164                         if (of*2 >= size)
165                             continue;
166
167                         pcm[of*2]   = lc & 0xff; // FIXME: maybe we have to admit
168                         pcm[of*2+1] = lc >> 8;   //        that DV is a big-endian PCM
169                         of = sys->audio_shuffle[i%half_ch+half_ch][j] +
170                             (d - 8) / 3 * sys->audio_stride;
171                         pcm[of*2]   = rc & 0xff; // FIXME: maybe we have to admit
172                         pcm[of*2+1] = rc >> 8;   //        that DV is a big-endian PCM
173                         ++d;
174                     }
175                 }
176
177                 frame += 16 * 80; /* 15 Video DIFs + 1 Audio DIF */
178             }
179         }
180
181         /* next stereo channel (50Mbps and 100Mbps only) */
182         pcm = ppcm[ipcm++];
183         if (!pcm)
184             break;
185     }
186
187     return size;
188 }
189
190 static int dv_extract_audio_info(DVDemuxContext* c, uint8_t* frame)
191 {
192     const uint8_t* as_pack;
193     int freq, stype, smpls, quant, i, ach;
194
195     as_pack = dv_extract_pack(frame, dv_audio_source);
196     if (!as_pack || !c->sys) {    /* No audio ? */
197         c->ach = 0;
198         return 0;
199     }
200
201     smpls =  as_pack[1] & 0x3f;       /* samples in this frame - min. samples */
202     freq  = (as_pack[4] >> 3) & 0x07; /* 0 - 48kHz, 1 - 44,1kHz, 2 - 32kHz */
203     stype = (as_pack[3] & 0x1f);      /* 0 - 2CH, 2 - 4CH, 3 - 8CH */
204     quant =  as_pack[4] & 0x07;       /* 0 - 16bit linear, 1 - 12bit nonlinear */
205
206     /* note: ach counts PAIRS of channels (i.e. stereo channels) */
207     ach = ((int[4]){  1,  0,  2,  4})[stype];
208     if (ach == 1 && quant && freq == 2)
209         ach = 2;
210
211     /* Dynamic handling of the audio streams in DV */
212     for (i = 0; i < ach; i++) {
213        if (!c->ast[i]) {
214            c->ast[i] = avformat_new_stream(c->fctx, NULL);
215            if (!c->ast[i])
216                break;
217            av_set_pts_info(c->ast[i], 64, 1, 30000);
218            c->ast[i]->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
219            c->ast[i]->codec->codec_id   = CODEC_ID_PCM_S16LE;
220
221            av_init_packet(&c->audio_pkt[i]);
222            c->audio_pkt[i].size         = 0;
223            c->audio_pkt[i].data         = c->audio_buf[i];
224            c->audio_pkt[i].stream_index = c->ast[i]->index;
225            c->audio_pkt[i].flags       |= AV_PKT_FLAG_KEY;
226        }
227        c->ast[i]->codec->sample_rate = dv_audio_frequency[freq];
228        c->ast[i]->codec->channels    = 2;
229        c->ast[i]->codec->bit_rate    = 2 * dv_audio_frequency[freq] * 16;
230        c->ast[i]->start_time         = 0;
231     }
232     c->ach = i;
233
234     return (c->sys->audio_min_samples[freq] + smpls) * 4; /* 2ch, 2bytes */;
235 }
236
237 static int dv_extract_video_info(DVDemuxContext *c, uint8_t* frame)
238 {
239     const uint8_t* vsc_pack;
240     AVCodecContext* avctx;
241     int apt, is16_9;
242     int size = 0;
243
244     if (c->sys) {
245         avctx = c->vst->codec;
246
247         av_set_pts_info(c->vst, 64, c->sys->time_base.num,
248                         c->sys->time_base.den);
249         avctx->time_base= c->sys->time_base;
250         if (!avctx->width){
251             avctx->width = c->sys->width;
252             avctx->height = c->sys->height;
253         }
254         avctx->pix_fmt = c->sys->pix_fmt;
255
256         /* finding out SAR is a little bit messy */
257         vsc_pack = dv_extract_pack(frame, dv_video_control);
258         apt      = frame[4] & 0x07;
259         is16_9   = (vsc_pack && ((vsc_pack[2] & 0x07) == 0x02 ||
260                                 (!apt && (vsc_pack[2] & 0x07) == 0x07)));
261         c->vst->sample_aspect_ratio = c->sys->sar[is16_9];
262         avctx->bit_rate = av_rescale_q(c->sys->frame_size, (AVRational){8,1},
263                                        c->sys->time_base);
264         size = c->sys->frame_size;
265     }
266     return size;
267 }
268
269 /*
270  * The following 3 functions constitute our interface to the world
271  */
272
273 DVDemuxContext* dv_init_demux(AVFormatContext *s)
274 {
275     DVDemuxContext *c;
276
277     c = av_mallocz(sizeof(DVDemuxContext));
278     if (!c)
279         return NULL;
280
281     c->vst = avformat_new_stream(s, NULL);
282     if (!c->vst) {
283         av_free(c);
284         return NULL;
285     }
286
287     c->sys  = NULL;
288     c->fctx = s;
289     memset(c->ast, 0, sizeof(c->ast));
290     c->ach    = 0;
291     c->frames = 0;
292     c->abytes = 0;
293
294     c->vst->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
295     c->vst->codec->codec_id   = CODEC_ID_DVVIDEO;
296     c->vst->codec->bit_rate   = 25000000;
297     c->vst->start_time        = 0;
298
299     return c;
300 }
301
302 int dv_get_packet(DVDemuxContext *c, AVPacket *pkt)
303 {
304     int size = -1;
305     int i;
306
307     for (i = 0; i < c->ach; i++) {
308        if (c->ast[i] && c->audio_pkt[i].size) {
309            *pkt = c->audio_pkt[i];
310            c->audio_pkt[i].size = 0;
311            size = pkt->size;
312            break;
313        }
314     }
315
316     return size;
317 }
318
319 int dv_produce_packet(DVDemuxContext *c, AVPacket *pkt,
320                       uint8_t* buf, int buf_size)
321 {
322     int size, i;
323     uint8_t *ppcm[4] = {0};
324
325     if (buf_size < DV_PROFILE_BYTES ||
326         !(c->sys = ff_dv_frame_profile(c->sys, buf, buf_size)) ||
327         buf_size < c->sys->frame_size) {
328           return -1;   /* Broken frame, or not enough data */
329     }
330
331     /* Queueing audio packet */
332     /* FIXME: in case of no audio/bad audio we have to do something */
333     size = dv_extract_audio_info(c, buf);
334     for (i = 0; i < c->ach; i++) {
335        c->audio_pkt[i].size = size;
336        c->audio_pkt[i].pts  = c->abytes * 30000*8 / c->ast[i]->codec->bit_rate;
337        ppcm[i] = c->audio_buf[i];
338     }
339     dv_extract_audio(buf, ppcm, c->sys);
340
341     /* We work with 720p frames split in half, thus even frames have
342      * channels 0,1 and odd 2,3. */
343     if (c->sys->height == 720) {
344         if (buf[1] & 0x0C) {
345             c->audio_pkt[2].size = c->audio_pkt[3].size = 0;
346         } else {
347             c->audio_pkt[0].size = c->audio_pkt[1].size = 0;
348             c->abytes += size;
349         }
350     } else {
351         c->abytes += size;
352     }
353
354     /* Now it's time to return video packet */
355     size = dv_extract_video_info(c, buf);
356     av_init_packet(pkt);
357     pkt->data         = buf;
358     pkt->size         = size;
359     pkt->flags       |= AV_PKT_FLAG_KEY;
360     pkt->stream_index = c->vst->id;
361     pkt->pts          = c->frames;
362
363     c->frames++;
364
365     return size;
366 }
367
368 static int64_t dv_frame_offset(AVFormatContext *s, DVDemuxContext *c,
369                               int64_t timestamp, int flags)
370 {
371     // FIXME: sys may be wrong if last dv_read_packet() failed (buffer is junk)
372     const DVprofile* sys = ff_dv_codec_profile(c->vst->codec);
373     int64_t offset;
374     int64_t size = avio_size(s->pb) - s->data_offset;
375     int64_t max_offset = ((size-1) / sys->frame_size) * sys->frame_size;
376
377     offset = sys->frame_size * timestamp;
378
379     if (size >= 0 && offset > max_offset) offset = max_offset;
380     else if (offset < 0) offset = 0;
381
382     return offset + s->data_offset;
383 }
384
385 void dv_offset_reset(DVDemuxContext *c, int64_t frame_offset)
386 {
387     c->frames= frame_offset;
388     if (c->ach)
389         c->abytes= av_rescale_q(c->frames, c->sys->time_base,
390                                 (AVRational){8, c->ast[0]->codec->bit_rate});
391     c->audio_pkt[0].size = c->audio_pkt[1].size = 0;
392     c->audio_pkt[2].size = c->audio_pkt[3].size = 0;
393 }
394
395 /************************************************************
396  * Implementation of the easiest DV storage of all -- raw DV.
397  ************************************************************/
398
399 typedef struct RawDVContext {
400     DVDemuxContext* dv_demux;
401     uint8_t         buf[DV_MAX_FRAME_SIZE];
402 } RawDVContext;
403
404 static int dv_read_header(AVFormatContext *s,
405                           AVFormatParameters *ap)
406 {
407     unsigned state, marker_pos = 0;
408     RawDVContext *c = s->priv_data;
409
410     c->dv_demux = dv_init_demux(s);
411     if (!c->dv_demux)
412         return -1;
413
414     state = avio_rb32(s->pb);
415     while ((state & 0xffffff7f) != 0x1f07003f) {
416         if (s->pb->eof_reached) {
417             av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Cannot find DV header.\n");
418             return -1;
419         }
420         if (state == 0x003f0700 || state == 0xff3f0700)
421             marker_pos = avio_tell(s->pb);
422         if (state == 0xff3f0701 && avio_tell(s->pb) - marker_pos == 80) {
423             avio_seek(s->pb, -163, SEEK_CUR);
424             state = avio_rb32(s->pb);
425             break;
426         }
427         state = (state << 8) | avio_r8(s->pb);
428     }
429     AV_WB32(c->buf, state);
430
431     if (avio_read(s->pb, c->buf + 4, DV_PROFILE_BYTES - 4) <= 0 ||
432         avio_seek(s->pb, -DV_PROFILE_BYTES, SEEK_CUR) < 0)
433         return AVERROR(EIO);
434
435     c->dv_demux->sys = ff_dv_frame_profile(c->dv_demux->sys, c->buf, DV_PROFILE_BYTES);
436     if (!c->dv_demux->sys) {
437         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Can't determine profile of DV input stream.\n");
438         return -1;
439     }
440
441     s->bit_rate = av_rescale_q(c->dv_demux->sys->frame_size, (AVRational){8,1},
442                                c->dv_demux->sys->time_base);
443
444     return 0;
445 }
446
447
448 static int dv_read_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
449 {
450     int size;
451     RawDVContext *c = s->priv_data;
452
453     size = dv_get_packet(c->dv_demux, pkt);
454
455     if (size < 0) {
456         if (!c->dv_demux->sys)
457             return AVERROR(EIO);
458         size = c->dv_demux->sys->frame_size;
459         if (avio_read(s->pb, c->buf, size) <= 0)
460             return AVERROR(EIO);
461
462         size = dv_produce_packet(c->dv_demux, pkt, c->buf, size);
463     }
464
465     return size;
466 }
467
468 static int dv_read_seek(AVFormatContext *s, int stream_index,
469                        int64_t timestamp, int flags)
470 {
471     RawDVContext *r   = s->priv_data;
472     DVDemuxContext *c = r->dv_demux;
473     int64_t offset    = dv_frame_offset(s, c, timestamp, flags);
474
475     dv_offset_reset(c, offset / c->sys->frame_size);
476
477     offset = avio_seek(s->pb, offset, SEEK_SET);
478     return (offset < 0) ? offset : 0;
479 }
480
481 static int dv_read_close(AVFormatContext *s)
482 {
483     RawDVContext *c = s->priv_data;
484     av_free(c->dv_demux);
485     return 0;
486 }
487
488 static int dv_probe(AVProbeData *p)
489 {
490     unsigned state, marker_pos = 0;
491     int i;
492     int matches = 0;
493     int secondary_matches = 0;
494
495     if (p->buf_size < 5)
496         return 0;
497
498     state = AV_RB32(p->buf);
499     for (i = 4; i < p->buf_size; i++) {
500         if ((state & 0xffffff7f) == 0x1f07003f)
501             matches++;
502         // any section header, also with seq/chan num != 0,
503         // should appear around every 12000 bytes, at least 10 per frame
504         if ((state & 0xff07ff7f) == 0x1f07003f)
505             secondary_matches++;
506         if (state == 0x003f0700 || state == 0xff3f0700)
507             marker_pos = i;
508         if (state == 0xff3f0701 && i - marker_pos == 80)
509             matches++;
510         state = (state << 8) | p->buf[i];
511     }
512
513     if (matches && p->buf_size / matches < 1024*1024) {
514         if (matches > 4 || (secondary_matches >= 10 && p->buf_size / secondary_matches < 24000))
515             return AVPROBE_SCORE_MAX*3/4; // not max to avoid dv in mov to match
516         return AVPROBE_SCORE_MAX/4;
517     }
518     return 0;
519 }
520
521 #if CONFIG_DV_DEMUXER
522 AVInputFormat ff_dv_demuxer = {
523     .name           = "dv",
524     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DV video format"),
525     .priv_data_size = sizeof(RawDVContext),
526     .read_probe     = dv_probe,
527     .read_header    = dv_read_header,
528     .read_packet    = dv_read_packet,
529     .read_close     = dv_read_close,
530     .read_seek      = dv_read_seek,
531     .extensions = "dv,dif",
532 };
533 #endif