Intial implementation of the DV100 (AKA DVCPRO HD) decoder and demuxer as
[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 "libavcodec/dvdata.h"
34 #include "dv.h"
35
36 struct DVDemuxContext {
37     const DVprofile*  sys;    /* Current DV profile. E.g.: 525/60, 625/50 */
38     AVFormatContext* fctx;
39     AVStream*        vst;
40     AVStream*        ast[4];
41     AVPacket         audio_pkt[4];
42     uint8_t          audio_buf[4][8192];
43     int              ach;
44     int              frames;
45     uint64_t         abytes;
46 };
47
48 static inline uint16_t dv_audio_12to16(uint16_t sample)
49 {
50     uint16_t shift, result;
51
52     sample = (sample < 0x800) ? sample : sample | 0xf000;
53     shift = (sample & 0xf00) >> 8;
54
55     if (shift < 0x2 || shift > 0xd) {
56         result = sample;
57     } else if (shift < 0x8) {
58         shift--;
59         result = (sample - (256 * shift)) << shift;
60     } else {
61         shift = 0xe - shift;
62         result = ((sample + ((256 * shift) + 1)) << shift) - 1;
63     }
64
65     return result;
66 }
67
68 /*
69  * This is the dumbest implementation of all -- it simply looks at
70  * a fixed offset and if pack isn't there -- fails. We might want
71  * to have a fallback mechanism for complete search of missing packs.
72  */
73 static const uint8_t* dv_extract_pack(uint8_t* frame, enum dv_pack_type t)
74 {
75     int offs;
76
77     switch (t) {
78     case dv_audio_source:
79           offs = (80*6 + 80*16*3 + 3);
80           break;
81     case dv_audio_control:
82           offs = (80*6 + 80*16*4 + 3);
83           break;
84     case dv_video_control:
85           offs = (80*5 + 48 + 5);
86           break;
87     default:
88           return NULL;
89     }
90
91     return frame[offs] == t ? &frame[offs] : NULL;
92 }
93
94 /*
95  * There's a couple of assumptions being made here:
96  * 1. By default we silence erroneous (0x8000/16bit 0x800/12bit) audio samples.
97  *    We can pass them upwards when ffmpeg will be ready to deal with them.
98  * 2. We don't do software emphasis.
99  * 3. Audio is always returned as 16bit linear samples: 12bit nonlinear samples
100  *    are converted into 16bit linear ones.
101  */
102 static int dv_extract_audio(uint8_t* frame, uint8_t* ppcm[4],
103                             const DVprofile *sys)
104 {
105     int size, chan, i, j, d, of, smpls, freq, quant, half_ch;
106     uint16_t lc, rc;
107     const uint8_t* as_pack;
108     uint8_t *pcm, ipcm;
109
110     as_pack = dv_extract_pack(frame, dv_audio_source);
111     if (!as_pack)    /* No audio ? */
112         return 0;
113
114     smpls = as_pack[1] & 0x3f; /* samples in this frame - min. samples */
115     freq = (as_pack[4] >> 3) & 0x07; /* 0 - 48KHz, 1 - 44,1kHz, 2 - 32 kHz */
116     quant = as_pack[4] & 0x07; /* 0 - 16bit linear, 1 - 12bit nonlinear */
117
118     if (quant > 1)
119         return -1; /* Unsupported quantization */
120
121     size = (sys->audio_min_samples[freq] + smpls) * 4; /* 2ch, 2bytes */
122     half_ch = sys->difseg_size/2;
123
124     /* We work with 720p frames split in half, thus even frames have channels 0,1 and odd 2,3 */
125     ipcm = (sys->height == 720 && ((frame[1]>>2)&0x3) == 0)?2:0;
126     pcm = ppcm[ipcm++];
127
128     /* for each DIF channel */
129     for (chan = 0; chan < sys->n_difchan; chan++) {
130         /* for each DIF segment */
131         for (i = 0; i < sys->difseg_size; i++) {
132             frame += 6 * 80; /* skip DIF segment header */
133             if (quant == 1 && i == half_ch) {
134                 /* next stereo channel (12bit mode only) */
135                 pcm = ppcm[ipcm++];
136                 if (!pcm)
137                     break;
138             }
139
140             /* for each AV sequence */
141             for (j = 0; j < 9; j++) {
142                 for (d = 8; d < 80; d += 2) {
143                     if (quant == 0) {  /* 16bit quantization */
144                         of = sys->audio_shuffle[i][j] + (d - 8)/2 * sys->audio_stride;
145                         if (of*2 >= size)
146                             continue;
147
148                         pcm[of*2] = frame[d+1]; // FIXME: may be we have to admit
149                         pcm[of*2+1] = frame[d]; //        that DV is a big endian PCM
150                         if (pcm[of*2+1] == 0x80 && pcm[of*2] == 0x00)
151                             pcm[of*2+1] = 0;
152                     } else {           /* 12bit quantization */
153                         lc = ((uint16_t)frame[d] << 4) |
154                              ((uint16_t)frame[d+2] >> 4);
155                         rc = ((uint16_t)frame[d+1] << 4) |
156                              ((uint16_t)frame[d+2] & 0x0f);
157                         lc = (lc == 0x800 ? 0 : dv_audio_12to16(lc));
158                         rc = (rc == 0x800 ? 0 : dv_audio_12to16(rc));
159
160                         of = sys->audio_shuffle[i%half_ch][j] + (d - 8)/3 * sys->audio_stride;
161                         if (of*2 >= size)
162                             continue;
163
164                         pcm[of*2] = lc & 0xff; // FIXME: may be we have to admit
165                         pcm[of*2+1] = lc >> 8; //        that DV is a big endian PCM
166                         of = sys->audio_shuffle[i%half_ch+half_ch][j] +
167                             (d - 8)/3 * sys->audio_stride;
168                         pcm[of*2] = rc & 0xff; // FIXME: may be we have to admit
169                         pcm[of*2+1] = rc >> 8; //        that DV is a big endian PCM
170                         ++d;
171                     }
172                 }
173
174                 frame += 16 * 80; /* 15 Video DIFs + 1 Audio DIF */
175             }
176         }
177
178         /* next stereo channel (50Mbps and 100Mbps only) */
179         pcm = ppcm[ipcm++];
180         if (!pcm)
181             break;
182     }
183
184     return size;
185 }
186
187 static int dv_extract_audio_info(DVDemuxContext* c, uint8_t* frame)
188 {
189     const uint8_t* as_pack;
190     int freq, stype, smpls, quant, i, ach;
191
192     as_pack = dv_extract_pack(frame, dv_audio_source);
193     if (!as_pack || !c->sys) {    /* No audio ? */
194         c->ach = 0;
195         return 0;
196     }
197
198     smpls = as_pack[1] & 0x3f; /* samples in this frame - min. samples */
199     freq = (as_pack[4] >> 3) & 0x07; /* 0 - 48KHz, 1 - 44,1kHz, 2 - 32 kHz */
200     stype = (as_pack[3] & 0x1f); /* 0 - 2CH, 2 - 4CH, 3 - 8CH */
201     quant = as_pack[4] & 0x07; /* 0 - 16bit linear, 1 - 12bit nonlinear */
202
203     /* note: ach counts PAIRS of channels (i.e. stereo channels) */
204     if (stype == 3) {
205         ach = 4;
206     } else
207     ach = (stype == 2 || (quant && (freq == 2))) ? 2 : 1;
208
209     /* Dynamic handling of the audio streams in DV */
210     for (i=0; i<ach; i++) {
211        if (!c->ast[i]) {
212            c->ast[i] = av_new_stream(c->fctx, 0);
213            if (!c->ast[i])
214                break;
215            av_set_pts_info(c->ast[i], 64, 1, 30000);
216            c->ast[i]->codec->codec_type = CODEC_TYPE_AUDIO;
217            c->ast[i]->codec->codec_id = CODEC_ID_PCM_S16LE;
218
219            av_init_packet(&c->audio_pkt[i]);
220            c->audio_pkt[i].size     = 0;
221            c->audio_pkt[i].data     = c->audio_buf[i];
222            c->audio_pkt[i].stream_index = c->ast[i]->index;
223            c->audio_pkt[i].flags |= PKT_FLAG_KEY;
224        }
225        c->ast[i]->codec->sample_rate = dv_audio_frequency[freq];
226        c->ast[i]->codec->channels = 2;
227        c->ast[i]->codec->bit_rate = 2 * dv_audio_frequency[freq] * 16;
228        c->ast[i]->start_time = 0;
229     }
230     c->ach = i;
231
232     return (c->sys->audio_min_samples[freq] + smpls) * 4; /* 2ch, 2bytes */;
233 }
234
235 static int dv_extract_video_info(DVDemuxContext *c, uint8_t* frame)
236 {
237     const uint8_t* vsc_pack;
238     AVCodecContext* avctx;
239     int apt, is16_9;
240     int size = 0;
241
242     if (c->sys) {
243         avctx = c->vst->codec;
244
245         av_set_pts_info(c->vst, 64, c->sys->frame_rate_base, c->sys->frame_rate);
246         avctx->time_base= (AVRational){c->sys->frame_rate_base, c->sys->frame_rate};
247         if(!avctx->width){
248             avctx->width = c->sys->width;
249             avctx->height = c->sys->height;
250         }
251         avctx->pix_fmt = c->sys->pix_fmt;
252
253         /* finding out SAR is a little bit messy */
254         vsc_pack = dv_extract_pack(frame, dv_video_control);
255         apt = frame[4] & 0x07;
256         is16_9 = (vsc_pack && ((vsc_pack[2] & 0x07) == 0x02 ||
257                                (!apt && (vsc_pack[2] & 0x07) == 0x07)));
258         c->vst->sample_aspect_ratio = c->sys->sar[is16_9];
259         avctx->bit_rate = av_rescale(c->sys->frame_size * 8,
260                                      c->sys->frame_rate,
261                                      c->sys->frame_rate_base);
262         size = c->sys->frame_size;
263     }
264     return size;
265 }
266
267 /*
268  * The following 3 functions constitute our interface to the world
269  */
270
271 DVDemuxContext* dv_init_demux(AVFormatContext *s)
272 {
273     DVDemuxContext *c;
274
275     c = av_mallocz(sizeof(DVDemuxContext));
276     if (!c)
277         return NULL;
278
279     c->vst = av_new_stream(s, 0);
280     if (!c->vst) {
281         av_free(c);
282         return NULL;
283     }
284
285     c->sys = NULL;
286     c->fctx = s;
287     memset(c->ast, 0, sizeof(c->ast));
288     c->ach = 0;
289     c->frames = 0;
290     c->abytes = 0;
291
292     c->vst->codec->codec_type = CODEC_TYPE_VIDEO;
293     c->vst->codec->codec_id = CODEC_ID_DVVIDEO;
294     c->vst->codec->bit_rate = 25000000;
295     c->vst->start_time = 0;
296
297     return c;
298 }
299
300 int dv_get_packet(DVDemuxContext *c, AVPacket *pkt)
301 {
302     int size = -1;
303     int i;
304
305     for (i=0; i<c->ach; i++) {
306        if (c->ast[i] && c->audio_pkt[i].size) {
307            *pkt = c->audio_pkt[i];
308            c->audio_pkt[i].size = 0;
309            size = pkt->size;
310            break;
311        }
312     }
313
314     return size;
315 }
316
317 int dv_produce_packet(DVDemuxContext *c, AVPacket *pkt,
318                       uint8_t* buf, int buf_size)
319 {
320     int size, i;
321     uint8_t *ppcm[4] = {0};
322
323     if (buf_size < DV_PROFILE_BYTES ||
324         !(c->sys = dv_frame_profile(buf)) ||
325         buf_size < c->sys->frame_size) {
326           return -1;   /* Broken frame, or not enough data */
327     }
328
329     /* Queueing audio packet */
330     /* FIXME: in case of no audio/bad audio we have to do something */
331     size = dv_extract_audio_info(c, buf);
332     for (i=0; i<c->ach; i++) {
333        c->audio_pkt[i].size = size;
334        c->audio_pkt[i].pts  = c->abytes * 30000*8 / c->ast[i]->codec->bit_rate;
335        ppcm[i] = c->audio_buf[i];
336     }
337     dv_extract_audio(buf, ppcm, c->sys);
338     c->abytes += size;
339
340     /* We work with 720p frames split in half, thus even frames have channels 0,1 and odd 2,3 */
341     if (c->sys->height == 720) {
342         if (((buf[1]>>2)&0x3))
343             c->audio_pkt[2].size = c->audio_pkt[3].size = 0;
344         else
345             c->audio_pkt[0].size = c->audio_pkt[1].size = 0;
346     }
347
348     /* Now it's time to return video packet */
349     size = dv_extract_video_info(c, buf);
350     av_init_packet(pkt);
351     pkt->data     = buf;
352     pkt->size     = size;
353     pkt->flags   |= PKT_FLAG_KEY;
354     pkt->stream_index = c->vst->id;
355     pkt->pts      = c->frames;
356
357     c->frames++;
358
359     return size;
360 }
361
362 static int64_t dv_frame_offset(AVFormatContext *s, DVDemuxContext *c,
363                               int64_t timestamp, int flags)
364 {
365     // FIXME: sys may be wrong if last dv_read_packet() failed (buffer is junk)
366     const DVprofile* sys = dv_codec_profile(c->vst->codec);
367     int64_t offset;
368     int64_t size = url_fsize(s->pb);
369     int64_t max_offset = ((size-1) / sys->frame_size) * sys->frame_size;
370
371     offset = sys->frame_size * timestamp;
372
373     if (offset > max_offset) offset = max_offset;
374     else if (offset < 0) offset = 0;
375
376     return offset;
377 }
378
379 void dv_offset_reset(DVDemuxContext *c, int64_t frame_offset)
380 {
381     c->frames= frame_offset;
382     if (c->ach)
383         c->abytes= av_rescale(c->frames,
384                           c->ast[0]->codec->bit_rate * (int64_t)c->sys->frame_rate_base,
385                           8*c->sys->frame_rate);
386     c->audio_pkt[0].size = c->audio_pkt[1].size = 0;
387     c->audio_pkt[2].size = c->audio_pkt[3].size = 0;
388 }
389
390 /************************************************************
391  * Implementation of the easiest DV storage of all -- raw DV.
392  ************************************************************/
393
394 typedef struct RawDVContext {
395     DVDemuxContext* dv_demux;
396     uint8_t         buf[DV_MAX_FRAME_SIZE];
397 } RawDVContext;
398
399 static int dv_read_header(AVFormatContext *s,
400                           AVFormatParameters *ap)
401 {
402     RawDVContext *c = s->priv_data;
403
404     c->dv_demux = dv_init_demux(s);
405     if (!c->dv_demux)
406         return -1;
407
408     if (get_buffer(s->pb, c->buf, DV_PROFILE_BYTES) <= 0 ||
409         url_fseek(s->pb, -DV_PROFILE_BYTES, SEEK_CUR) < 0)
410         return AVERROR(EIO);
411
412     c->dv_demux->sys = dv_frame_profile(c->buf);
413     if (!c->dv_demux->sys) {
414         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Can't determine profile of DV input stream.\n");
415         return -1;
416     }
417
418     s->bit_rate = av_rescale(c->dv_demux->sys->frame_size * 8,
419                              c->dv_demux->sys->frame_rate,
420                              c->dv_demux->sys->frame_rate_base);
421
422     return 0;
423 }
424
425
426 static int dv_read_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
427 {
428     int size;
429     RawDVContext *c = s->priv_data;
430
431     size = dv_get_packet(c->dv_demux, pkt);
432
433     if (size < 0) {
434         size = c->dv_demux->sys->frame_size;
435         if (get_buffer(s->pb, c->buf, size) <= 0)
436             return AVERROR(EIO);
437
438         size = dv_produce_packet(c->dv_demux, pkt, c->buf, size);
439     }
440
441     return size;
442 }
443
444 static int dv_read_seek(AVFormatContext *s, int stream_index,
445                        int64_t timestamp, int flags)
446 {
447     RawDVContext *r = s->priv_data;
448     DVDemuxContext *c = r->dv_demux;
449     int64_t offset= dv_frame_offset(s, c, timestamp, flags);
450
451     dv_offset_reset(c, offset / c->sys->frame_size);
452
453     offset = url_fseek(s->pb, offset, SEEK_SET);
454     return (offset < 0)?offset:0;
455 }
456
457 static int dv_read_close(AVFormatContext *s)
458 {
459     RawDVContext *c = s->priv_data;
460     av_free(c->dv_demux);
461     return 0;
462 }
463
464 #ifdef CONFIG_DV_DEMUXER
465 AVInputFormat dv_demuxer = {
466     "dv",
467     NULL_IF_CONFIG_SMALL("DV video format"),
468     sizeof(RawDVContext),
469     NULL,
470     dv_read_header,
471     dv_read_packet,
472     dv_read_close,
473     dv_read_seek,
474     .extensions = "dv,dif",
475 };
476 #endif