write frames and syncpoints
[ffmpeg.git] / libavformat / nutenc.c
1 /*
2  * nut muxer
3  * Copyright (c) 2004-2007 Michael Niedermayer
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "nut.h"
23
24 #define TRACE
25
26 static void build_frame_code(AVFormatContext *s){
27     NUTContext *nut = s->priv_data;
28     int key_frame, index, pred, stream_id;
29     int start=1;
30     int end= 254;
31     int keyframe_0_esc= s->nb_streams > 2;
32     int pred_table[10];
33     FrameCode *ft;
34
35     ft= &nut->frame_code[start];
36     ft->flags= FLAG_CODED;
37     ft->size_mul=1;
38     ft->pts_delta=1;
39     start++;
40
41     if(keyframe_0_esc){
42         /* keyframe = 0 escape */
43         FrameCode *ft= &nut->frame_code[start];
44         ft->flags= FLAG_STREAM_ID | FLAG_SIZE_MSB | FLAG_CODED_PTS;
45         ft->size_mul=1;
46         start++;
47     }
48
49     for(stream_id= 0; stream_id<s->nb_streams; stream_id++){
50         int start2= start + (end-start)*stream_id / s->nb_streams;
51         int end2  = start + (end-start)*(stream_id+1) / s->nb_streams;
52         AVCodecContext *codec = s->streams[stream_id]->codec;
53         int is_audio= codec->codec_type == CODEC_TYPE_AUDIO;
54         int intra_only= /*codec->intra_only || */is_audio;
55         int pred_count;
56
57         for(key_frame=0; key_frame<2; key_frame++){
58             if(intra_only && keyframe_0_esc && key_frame==0)
59                 continue;
60
61             {
62                 FrameCode *ft= &nut->frame_code[start2];
63                 ft->flags= FLAG_KEY*key_frame;
64                 ft->flags|= FLAG_SIZE_MSB | FLAG_CODED_PTS;
65                 ft->stream_id= stream_id;
66                 ft->size_mul=1;
67                 start2++;
68             }
69         }
70
71         key_frame= intra_only;
72 #if 1
73         if(is_audio){
74             int frame_bytes= codec->frame_size*(int64_t)codec->bit_rate / (8*codec->sample_rate);
75             int pts;
76             for(pts=0; pts<2; pts++){
77                 for(pred=0; pred<2; pred++){
78                     FrameCode *ft= &nut->frame_code[start2];
79                     ft->flags= FLAG_KEY*key_frame;
80                     ft->stream_id= stream_id;
81                     ft->size_mul=frame_bytes + 2;
82                     ft->size_lsb=frame_bytes + pred;
83                     ft->pts_delta=pts;
84                     start2++;
85                 }
86             }
87         }else{
88             FrameCode *ft= &nut->frame_code[start2];
89             ft->flags= FLAG_KEY | FLAG_SIZE_MSB;
90             ft->stream_id= stream_id;
91             ft->size_mul=1;
92             ft->pts_delta=1;
93             start2++;
94         }
95 #endif
96
97         if(codec->has_b_frames){
98             pred_count=5;
99             pred_table[0]=-2;
100             pred_table[1]=-1;
101             pred_table[2]=1;
102             pred_table[3]=3;
103             pred_table[4]=4;
104         }else if(codec->codec_id == CODEC_ID_VORBIS){
105             pred_count=3;
106             pred_table[0]=2;
107             pred_table[1]=9;
108             pred_table[2]=16;
109         }else{
110             pred_count=1;
111             pred_table[0]=1;
112         }
113
114         for(pred=0; pred<pred_count; pred++){
115             int start3= start2 + (end2-start2)*pred / pred_count;
116             int end3  = start2 + (end2-start2)*(pred+1) / pred_count;
117
118             for(index=start3; index<end3; index++){
119                 FrameCode *ft= &nut->frame_code[index];
120                 ft->flags= FLAG_KEY*key_frame;
121                 ft->flags|= FLAG_SIZE_MSB;
122                 ft->stream_id= stream_id;
123 //FIXME use single byte size and pred from last
124                 ft->size_mul= end3-start3;
125                 ft->size_lsb= index - start3;
126                 ft->pts_delta= pred_table[pred];
127             }
128         }
129     }
130     memmove(&nut->frame_code['N'+1], &nut->frame_code['N'], sizeof(FrameCode)*(255-'N'));
131     nut->frame_code[  0].flags=
132     nut->frame_code[255].flags=
133     nut->frame_code['N'].flags= FLAG_INVALID;
134 }
135
136 /**
137  * Gets the length in bytes which is needed to store val as v.
138  */
139 static int get_length(uint64_t val){
140     int i=1;
141
142     while(val>>=7)
143         i++;
144
145     return i;
146 }
147
148 static void put_v(ByteIOContext *bc, uint64_t val){
149     int i= get_length(val);
150
151     while(--i>0)
152         put_byte(bc, 128 | (val>>(7*i)));
153
154     put_byte(bc, val&127);
155 }
156
157 static void put_t(NUTContext *nut, StreamContext *nus, ByteIOContext *bc, uint64_t val){
158     val *= nut->time_base_count;
159     val += nus->time_base - nut->time_base;
160     put_v(bc, val);
161 }
162
163 /**
164  * stores a string as vb.
165  */
166 static void put_str(ByteIOContext *bc, const char *string){
167     int len= strlen(string);
168
169     put_v(bc, len);
170     put_buffer(bc, string, len);
171 }
172
173 static void put_s(ByteIOContext *bc, int64_t val){
174     put_v(bc, 2*FFABS(val) - (val>0));
175 }
176
177 #ifdef TRACE
178 static inline void put_v_trace(ByteIOContext *bc, uint64_t v, char *file, char *func, int line){
179     printf("get_v %5"PRId64" / %"PRIX64" in %s %s:%d\n", v, v, file, func, line);
180
181     put_v(bc, v);
182 }
183
184 static inline void put_s_trace(ByteIOContext *bc, int64_t v, char *file, char *func, int line){
185     printf("get_s %5"PRId64" / %"PRIX64" in %s %s:%d\n", v, v, file, func, line);
186
187     put_s(bc, v);
188 }
189 #define put_v(bc, v)  put_v_trace(bc, v, __FILE__, __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__)
190 #define put_s(bc, v)  put_s_trace(bc, v, __FILE__, __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__)
191 #endif
192
193 //FIXME remove calculate_checksum
194 static void put_packet(NUTContext *nut, ByteIOContext *bc, ByteIOContext *dyn_bc, int calculate_checksum){
195     uint8_t *dyn_buf=NULL;
196     int dyn_size= url_close_dyn_buf(dyn_bc, &dyn_buf);
197     int forw_ptr= dyn_size + 4*calculate_checksum;
198
199     if(forw_ptr > 4096)
200         init_checksum(bc, av_crc04C11DB7_update, 0); //FIXME this is supposed to include the start code
201     put_v(bc, forw_ptr);
202     if(forw_ptr > 4096)
203         put_le32(bc, get_checksum(bc));
204
205     if(calculate_checksum)
206         init_checksum(bc, av_crc04C11DB7_update, 0);
207     put_buffer(bc, dyn_buf, dyn_size);
208     if(calculate_checksum)
209         put_le32(bc, get_checksum(bc));
210
211     av_free(dyn_buf);
212 }
213
214 static void write_mainheader(NUTContext *nut, ByteIOContext *bc){
215     int i, j, tmp_pts, tmp_flags, tmp_stream, tmp_mul, tmp_size, tmp_fields;
216
217     put_v(bc, 2); /* version */
218     put_v(bc, nut->avf->nb_streams);
219     put_v(bc, MAX_DISTANCE);
220     put_v(bc, nut->time_base_count);
221
222     for(i=0; i<nut->time_base_count; i++){
223         put_v(bc, nut->time_base[i].num);
224         put_v(bc, nut->time_base[i].den);
225     }
226
227     tmp_pts=0;
228     tmp_mul=1;
229     tmp_stream=0;
230     for(i=0; i<256;){
231         tmp_fields=0;
232         tmp_size=0;
233 //        tmp_res=0;
234         if(tmp_pts    != nut->frame_code[i].pts_delta) tmp_fields=1;
235         if(tmp_mul    != nut->frame_code[i].size_mul ) tmp_fields=2;
236         if(tmp_stream != nut->frame_code[i].stream_id) tmp_fields=3;
237         if(tmp_size   != nut->frame_code[i].size_lsb ) tmp_fields=4;
238 //        if(tmp_res    != nut->frame_code[i].res            ) tmp_fields=5;
239
240         tmp_pts   = nut->frame_code[i].pts_delta;
241         tmp_flags = nut->frame_code[i].flags;
242         tmp_stream= nut->frame_code[i].stream_id;
243         tmp_mul   = nut->frame_code[i].size_mul;
244         tmp_size  = nut->frame_code[i].size_lsb;
245 //        tmp_res   = nut->frame_code[i].res;
246
247         for(j=0; i<256; j++,i++){
248             if(i == 'N'){
249                 j--;
250                 continue;
251             }
252             if(nut->frame_code[i].pts_delta != tmp_pts   ) break;
253             if(nut->frame_code[i].flags     != tmp_flags ) break;
254             if(nut->frame_code[i].stream_id != tmp_stream) break;
255             if(nut->frame_code[i].size_mul  != tmp_mul   ) break;
256             if(nut->frame_code[i].size_lsb  != tmp_size+j) break;
257 //            if(nut->frame_code[i].res       != tmp_res   ) break;
258         }
259         if(j != tmp_mul - tmp_size) tmp_fields=6;
260
261         put_v(bc, tmp_flags);
262         put_v(bc, tmp_fields);
263         if(tmp_fields>0) put_s(bc, tmp_pts);
264         if(tmp_fields>1) put_v(bc, tmp_mul);
265         if(tmp_fields>2) put_v(bc, tmp_stream);
266         if(tmp_fields>3) put_v(bc, tmp_size);
267         if(tmp_fields>4) put_v(bc, 0 /*tmp_res*/);
268         if(tmp_fields>5) put_v(bc, j);
269     }
270 }
271
272 static int write_streamheader(NUTContext *nut, ByteIOContext *bc, AVCodecContext *codec, int i){
273     put_v(bc, i);
274     switch(codec->codec_type){
275     case CODEC_TYPE_VIDEO: put_v(bc, 0); break;
276     case CODEC_TYPE_AUDIO: put_v(bc, 1); break;
277 //    case CODEC_TYPE_TEXT : put_v(bc, 2); break;
278     default              : put_v(bc, 3); break;
279     }
280     put_v(bc, 4);
281     if (codec->codec_tag){
282         put_le32(bc, codec->codec_tag);
283     }else
284         return -1;
285
286     put_v(bc, nut->stream[i].time_base - nut->time_base);
287     put_v(bc, nut->stream[i].msb_pts_shift);
288     put_v(bc, nut->stream[i].max_pts_distance);
289     put_v(bc, codec->has_b_frames);
290     put_byte(bc, 0); /* flags: 0x1 - fixed_fps, 0x2 - index_present */
291
292     put_v(bc, codec->extradata_size);
293     put_buffer(bc, codec->extradata, codec->extradata_size);
294
295     switch(codec->codec_type){
296     case CODEC_TYPE_AUDIO:
297         put_v(bc, codec->sample_rate);
298         put_v(bc, 1);
299         put_v(bc, codec->channels);
300         break;
301     case CODEC_TYPE_VIDEO:
302         put_v(bc, codec->width);
303         put_v(bc, codec->height);
304         put_v(bc, codec->sample_aspect_ratio.num);
305         put_v(bc, codec->sample_aspect_ratio.den);
306         put_v(bc, 0); /* csp type -- unknown */
307         break;
308     default:
309         break;
310     }
311     return 0;
312 }
313
314 static int write_header(AVFormatContext *s){
315     NUTContext *nut = s->priv_data;
316     ByteIOContext *bc = &s->pb, dyn_bc;
317     AVCodecContext *codec;
318     int i, j;
319
320     nut->avf= s;
321
322     nut->stream   = av_mallocz(sizeof(StreamContext)*s->nb_streams);
323     nut->time_base= av_mallocz(sizeof(AVRational   )*s->nb_streams);
324
325     for(i=0; i<s->nb_streams; i++){
326         AVStream *st= s->streams[i];
327         int ssize;
328         AVRational time_base;
329         ff_parse_specific_params(st->codec, &time_base.den, &ssize, &time_base.num);
330
331         av_set_pts_info(st, 64, time_base.num, time_base.den);
332
333         for(j=0; j<nut->time_base_count; j++){
334             if(!memcmp(&time_base, &nut->time_base[j], sizeof(AVRational))){
335                 break;
336             }
337         }
338         nut->time_base[j]= time_base;
339         nut->stream[i].time_base= &nut->time_base[j];
340         if(j==nut->time_base_count)
341             nut->time_base_count++;
342
343         if(av_q2d(time_base) >= 0.001)
344             nut->stream[i].msb_pts_shift = 7;
345         else
346             nut->stream[i].msb_pts_shift = 14;
347         nut->stream[i].max_pts_distance= FFMAX(1/av_q2d(time_base), 1);
348     }
349
350     build_frame_code(s);
351     assert(nut->frame_code['N'].flags == FLAG_INVALID);
352
353     put_buffer(bc, ID_STRING, strlen(ID_STRING));
354     put_byte(bc, 0);
355
356     /* main header */
357     put_be64(bc, MAIN_STARTCODE);
358     url_open_dyn_buf(&dyn_bc);
359     write_mainheader(nut, &dyn_bc);
360     put_packet(nut, bc, &dyn_bc, 1);
361
362     for (i=0; i < s->nb_streams; i++){
363         codec = s->streams[i]->codec;
364
365         put_be64(bc, STREAM_STARTCODE);
366         url_open_dyn_buf(&dyn_bc);
367         write_streamheader(nut, &dyn_bc, codec, i);
368         put_packet(nut, bc, &dyn_bc, 1);
369     }
370
371     put_flush_packet(bc);
372
373     //FIXME info header, header repeation, ...
374
375     return 0;
376 }
377
378 static int get_needed_flags(NUTContext *nut, StreamContext *nus, FrameCode *fc, AVPacket *pkt){
379     int flags= 0;
380
381     if(pkt->flags & PKT_FLAG_KEY                ) flags |= FLAG_KEY;
382     if(pkt->stream_index != fc->stream_id       ) flags |= FLAG_STREAM_ID;
383     if(pkt->size / fc->size_mul                 ) flags |= FLAG_SIZE_MSB;
384     if(pkt->pts - nus->last_pts != fc->pts_delta) flags |= FLAG_CODED_PTS;
385     if(pkt->size > 2*nut->max_distance          ) flags |= FLAG_CHECKSUM;
386     if(FFABS(pkt->pts - nus->last_pts)
387                          > nus->max_pts_distance) flags |= FLAG_CHECKSUM;
388
389     return flags;
390 }
391
392 static int write_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt){
393     NUTContext *nut = s->priv_data;
394     StreamContext *nus= &nut->stream[pkt->stream_index];
395     ByteIOContext *bc = &s->pb, dyn_bc;
396     FrameCode *fc;
397     int64_t coded_pts;
398     int best_length, frame_code, flags, needed_flags, i;
399     int key_frame = !!(pkt->flags & PKT_FLAG_KEY);
400     int store_sp=0;
401
402     if(key_frame && !!(nus->last_flags & FLAG_KEY))
403         store_sp= 1;
404
405     if(pkt->size + 30/*FIXME check*/ + url_ftell(bc) >= nut->last_syncpoint_pos + nut->max_distance)
406         store_sp= 1;
407
408 //FIXME ensure store_sp is 1 for the first thing
409
410     if(store_sp){
411         ff_nut_reset_ts(nut, *nus->time_base, pkt->dts);
412
413         nut->last_syncpoint_pos= url_ftell(bc);
414         put_be64(bc, SYNCPOINT_STARTCODE);
415         url_open_dyn_buf(&dyn_bc);
416         put_t(nut, nus, &dyn_bc, pkt->dts);
417         put_v(&dyn_bc, 0); //FIXME back_ptr_div16
418         put_packet(nut, bc, &dyn_bc, 1);
419     }
420     assert(nus->last_pts != AV_NOPTS_VALUE);
421
422     coded_pts = pkt->pts & ((1<<nus->msb_pts_shift)-1);
423     if(ff_lsb2full(nus, coded_pts) != pkt->pts)
424         coded_pts= pkt->pts + (1<<nus->msb_pts_shift);
425
426     best_length=INT_MAX;
427     frame_code= -1;
428     for(i=0; i<256; i++){
429         int length= 0;
430         FrameCode *fc= &nut->frame_code[i];
431         int flags= fc->flags;
432
433         if(flags & FLAG_INVALID)
434             continue;
435         needed_flags= get_needed_flags(nut, nus, fc, pkt);
436
437         if(flags & FLAG_CODED){
438             length++;
439             flags &= ~needed_flags;
440             flags |=  needed_flags;
441         }
442
443         if((flags & needed_flags) != needed_flags)
444             continue;
445
446         if((flags ^ needed_flags) & FLAG_KEY)
447             continue;
448
449         if(flags & FLAG_STREAM_ID)
450             length+= get_length(pkt->stream_index);
451
452         if(pkt->size % fc->size_mul != fc->size_lsb)
453             continue;
454         if(flags & FLAG_SIZE_MSB)
455             length += get_length(pkt->size / fc->size_mul);
456
457         if(flags & FLAG_CHECKSUM)
458             length+=4;
459
460         if(flags & FLAG_CODED_PTS)
461             length += get_length(coded_pts);
462
463         length*=4;
464         length+= !(flags & FLAG_CODED_PTS);
465         length+= !(flags & FLAG_CHECKSUM);
466
467         if(length < best_length){
468             best_length= length;
469             frame_code=i;
470         }
471     }
472     assert(frame_code != -1);
473     fc= &nut->frame_code[frame_code];
474     flags= fc->flags;
475     needed_flags= get_needed_flags(nut, nus, fc, pkt);
476
477     init_checksum(bc, av_crc04C11DB7_update, 0);
478     put_byte(bc, frame_code);
479     if(flags & FLAG_CODED){
480         put_v(bc, (flags^needed_flags) & ~(FLAG_CODED));
481         flags = needed_flags;
482     }
483     if(flags & FLAG_STREAM_ID)  put_v(bc, pkt->stream_index);
484     if(flags & FLAG_CODED_PTS)  put_v(bc, coded_pts);
485     if(flags & FLAG_SIZE_MSB)   put_v(bc, pkt->size / fc->size_mul);
486
487     if(flags & FLAG_CHECKSUM)   put_le32(bc, get_checksum(bc));
488     else                        get_checksum(bc);
489
490     put_buffer(bc, pkt->data, pkt->size);
491     nus->last_flags= flags;
492     return 0;
493 }
494
495 AVOutputFormat nut_muxer = {
496     "nut",
497     "nut format",
498     "video/x-nut",
499     "nut",
500     sizeof(NUTContext),
501 #ifdef CONFIG_LIBVORBIS
502     CODEC_ID_VORBIS,
503 #elif defined(CONFIG_LIBMP3LAME)
504     CODEC_ID_MP3,
505 #else
506     CODEC_ID_MP2, /* AC3 needs liba52 decoder */
507 #endif
508     CODEC_ID_MPEG4,
509     write_header,
510     write_packet,
511 //    write_trailer,
512     .flags = AVFMT_GLOBALHEADER,
513     .codec_tag= (const AVCodecTag*[]){codec_bmp_tags, codec_wav_tags, 0},
514 };