avformat/mp3dec: fix gapless audio support
[ffmpeg.git] / libavformat / mp3dec.c
1 /*
2  * MP3 demuxer
3  * Copyright (c) 2003 Fabrice Bellard
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 "libavutil/opt.h"
23 #include "libavutil/avstring.h"
24 #include "libavutil/intreadwrite.h"
25 #include "libavutil/crc.h"
26 #include "libavutil/dict.h"
27 #include "libavutil/mathematics.h"
28 #include "avformat.h"
29 #include "internal.h"
30 #include "avio_internal.h"
31 #include "id3v2.h"
32 #include "id3v1.h"
33 #include "replaygain.h"
34
35 #include "libavcodec/mpegaudiodecheader.h"
36
37 #define XING_FLAG_FRAMES 0x01
38 #define XING_FLAG_SIZE   0x02
39 #define XING_FLAG_TOC    0x04
40
41 #define XING_TOC_COUNT 100
42
43 typedef struct {
44     AVClass *class;
45     int64_t filesize;
46     int xing_toc;
47     int start_pad;
48     int end_pad;
49     int usetoc;
50     unsigned frames; /* Total number of frames in file */
51     unsigned header_filesize;   /* Total number of bytes in the stream */
52     int is_cbr;
53 } MP3DecContext;
54
55 /* mp3 read */
56
57 static int mp3_read_probe(AVProbeData *p)
58 {
59     int max_frames, first_frames = 0;
60     int fsize, frames, sample_rate;
61     uint32_t header;
62     const uint8_t *buf, *buf0, *buf2, *end;
63     AVCodecContext avctx;
64
65     buf0 = p->buf;
66     end = p->buf + p->buf_size - sizeof(uint32_t);
67     while(buf0 < end && !*buf0)
68         buf0++;
69
70     max_frames = 0;
71     buf = buf0;
72
73     for(; buf < end; buf= buf2+1) {
74         buf2 = buf;
75         if(ff_mpa_check_header(AV_RB32(buf2)))
76             continue;
77
78         for(frames = 0; buf2 < end; frames++) {
79             header = AV_RB32(buf2);
80             fsize = avpriv_mpa_decode_header(&avctx, header, &sample_rate, &sample_rate, &sample_rate, &sample_rate);
81             if(fsize < 0)
82                 break;
83             buf2 += fsize;
84         }
85         max_frames = FFMAX(max_frames, frames);
86         if(buf == buf0)
87             first_frames= frames;
88     }
89     // keep this in sync with ac3 probe, both need to avoid
90     // issues with MPEG-files!
91     if   (first_frames>=4) return AVPROBE_SCORE_EXTENSION + 1;
92     else if(max_frames>200)return AVPROBE_SCORE_EXTENSION;
93     else if(max_frames>=4 && max_frames >= p->buf_size/10000) return AVPROBE_SCORE_EXTENSION / 2;
94     else if(ff_id3v2_match(buf0, ID3v2_DEFAULT_MAGIC) && 2*ff_id3v2_tag_len(buf0) >= p->buf_size)
95                            return p->buf_size < PROBE_BUF_MAX ? AVPROBE_SCORE_EXTENSION / 4 : AVPROBE_SCORE_EXTENSION - 2;
96     else if(max_frames>=1 && max_frames >= p->buf_size/10000) return 1;
97     else                   return 0;
98 //mpegps_mp3_unrecognized_format.mpg has max_frames=3
99 }
100
101 static void read_xing_toc(AVFormatContext *s, int64_t filesize, int64_t duration)
102 {
103     int i;
104     MP3DecContext *mp3 = s->priv_data;
105     int fill_index = mp3->usetoc && duration > 0;
106
107     if (!filesize &&
108         !(filesize = avio_size(s->pb))) {
109         av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Cannot determine file size, skipping TOC table.\n");
110         fill_index = 0;
111     }
112
113     for (i = 0; i < XING_TOC_COUNT; i++) {
114         uint8_t b = avio_r8(s->pb);
115         if (fill_index)
116             av_add_index_entry(s->streams[0],
117                            av_rescale(b, filesize, 256),
118                            av_rescale(i, duration, XING_TOC_COUNT),
119                            0, 0, AVINDEX_KEYFRAME);
120     }
121     if (fill_index)
122         mp3->xing_toc = 1;
123 }
124
125 static void mp3_parse_info_tag(AVFormatContext *s, AVStream *st,
126                                MPADecodeHeader *c, uint32_t spf)
127 {
128 #define LAST_BITS(k, n) ((k) & ((1 << (n)) - 1))
129 #define MIDDLE_BITS(k, m, n) LAST_BITS((k) >> (m), ((n) - (m)))
130
131     uint16_t crc;
132     uint32_t v;
133
134     char version[10];
135
136     uint32_t peak   = 0;
137     int32_t  r_gain = INT32_MIN, a_gain = INT32_MIN;
138
139     MP3DecContext *mp3 = s->priv_data;
140     static const int64_t xing_offtbl[2][2] = {{32, 17}, {17,9}};
141     uint64_t fsize = avio_size(s->pb);
142
143     /* Check for Xing / Info tag */
144     avio_skip(s->pb, xing_offtbl[c->lsf == 1][c->nb_channels == 1]);
145     v = avio_rb32(s->pb);
146     mp3->is_cbr = v == MKBETAG('I', 'n', 'f', 'o');
147     if (v != MKBETAG('X', 'i', 'n', 'g') && !mp3->is_cbr)
148         return;
149
150     v = avio_rb32(s->pb);
151     if (v & XING_FLAG_FRAMES)
152         mp3->frames = avio_rb32(s->pb);
153     if (v & XING_FLAG_SIZE)
154         mp3->header_filesize = avio_rb32(s->pb);
155     if (fsize && mp3->header_filesize) {
156         uint64_t min, delta;
157         min = FFMIN(fsize, mp3->header_filesize);
158         delta = FFMAX(fsize, mp3->header_filesize) - min;
159         if (fsize > mp3->header_filesize && delta > min >> 4) {
160             mp3->frames = 0;
161         } else if (delta > min >> 4) {
162             av_log(s, AV_LOG_WARNING,
163                    "filesize and duration do not match (growing file?)\n");
164         }
165     }
166     if (v & XING_FLAG_TOC)
167         read_xing_toc(s, mp3->header_filesize, av_rescale_q(mp3->frames,
168                                        (AVRational){spf, c->sample_rate},
169                                        st->time_base));
170     /* VBR quality */
171     if(v & 8)
172         avio_skip(s->pb, 4);
173
174     /* Encoder short version string */
175     memset(version, 0, sizeof(version));
176     avio_read(s->pb, version, 9);
177
178     /* Info Tag revision + VBR method */
179     avio_r8(s->pb);
180
181     /* Lowpass filter value */
182     avio_r8(s->pb);
183
184     /* ReplayGain peak */
185     v    = avio_rb32(s->pb);
186     peak = av_rescale(v, 100000, 1 << 23);
187
188     /* Radio ReplayGain */
189     v = avio_rb16(s->pb);
190
191     if (MIDDLE_BITS(v, 13, 15) == 1) {
192         r_gain = MIDDLE_BITS(v, 0, 8) * 10000;
193
194         if (v & (1 << 9))
195             r_gain *= -1;
196     }
197
198     /* Audiophile ReplayGain */
199     v = avio_rb16(s->pb);
200
201     if (MIDDLE_BITS(v, 13, 15) == 2) {
202         a_gain = MIDDLE_BITS(v, 0, 8) * 10000;
203
204         if (v & (1 << 9))
205             a_gain *= -1;
206     }
207
208     /* Encoding flags + ATH Type */
209     avio_r8(s->pb);
210
211     /* if ABR {specified bitrate} else {minimal bitrate} */
212     avio_r8(s->pb);
213
214     /* Encoder delays */
215     v= avio_rb24(s->pb);
216     if(AV_RB32(version) == MKBETAG('L', 'A', 'M', 'E')
217         || AV_RB32(version) == MKBETAG('L', 'a', 'v', 'f')) {
218
219         mp3->start_pad = v>>12;
220         mp3->  end_pad = v&4095;
221         st->skip_samples = mp3->start_pad + 528 + 1;
222         if (mp3->frames)
223             st->end_discard_sample = -mp3->end_pad + 528 + 1 + mp3->frames * (int64_t)spf;
224         if (!st->start_time)
225             st->start_time = av_rescale_q(st->skip_samples,
226                                             (AVRational){1, c->sample_rate},
227                                             st->time_base);
228         av_log(s, AV_LOG_DEBUG, "pad %d %d\n", mp3->start_pad, mp3->  end_pad);
229     }
230
231     /* Misc */
232     avio_r8(s->pb);
233
234     /* MP3 gain */
235     avio_r8(s->pb);
236
237     /* Preset and surround info */
238     avio_rb16(s->pb);
239
240     /* Music length */
241     avio_rb32(s->pb);
242
243     /* Music CRC */
244     avio_rb16(s->pb);
245
246     /* Info Tag CRC */
247     crc = ffio_get_checksum(s->pb);
248     v   = avio_rb16(s->pb);
249
250     if (v == crc) {
251         ff_replaygain_export_raw(st, r_gain, peak, a_gain, 0);
252         av_dict_set(&st->metadata, "encoder", version, 0);
253     }
254 }
255
256 static void mp3_parse_vbri_tag(AVFormatContext *s, AVStream *st, int64_t base)
257 {
258     uint32_t v;
259     MP3DecContext *mp3 = s->priv_data;
260
261     /* Check for VBRI tag (always 32 bytes after end of mpegaudio header) */
262     avio_seek(s->pb, base + 4 + 32, SEEK_SET);
263     v = avio_rb32(s->pb);
264     if (v == MKBETAG('V', 'B', 'R', 'I')) {
265         /* Check tag version */
266         if (avio_rb16(s->pb) == 1) {
267             /* skip delay and quality */
268             avio_skip(s->pb, 4);
269             mp3->header_filesize = avio_rb32(s->pb);
270             mp3->frames = avio_rb32(s->pb);
271         }
272     }
273 }
274
275 /**
276  * Try to find Xing/Info/VBRI tags and compute duration from info therein
277  */
278 static int mp3_parse_vbr_tags(AVFormatContext *s, AVStream *st, int64_t base)
279 {
280     uint32_t v, spf;
281     MPADecodeHeader c;
282     int vbrtag_size = 0;
283     MP3DecContext *mp3 = s->priv_data;
284
285     ffio_init_checksum(s->pb, ff_crcA001_update, 0);
286
287     v = avio_rb32(s->pb);
288     if(ff_mpa_check_header(v) < 0)
289       return -1;
290
291     if (avpriv_mpegaudio_decode_header(&c, v) == 0)
292         vbrtag_size = c.frame_size;
293     if(c.layer != 3)
294         return -1;
295
296     spf = c.lsf ? 576 : 1152; /* Samples per frame, layer 3 */
297
298     mp3->frames = 0;
299     mp3->header_filesize   = 0;
300
301     mp3_parse_info_tag(s, st, &c, spf);
302     mp3_parse_vbri_tag(s, st, base);
303
304     if (!mp3->frames && !mp3->header_filesize)
305         return -1;
306
307     /* Skip the vbr tag frame */
308     avio_seek(s->pb, base + vbrtag_size, SEEK_SET);
309
310     if (mp3->frames)
311         st->duration = av_rescale_q(mp3->frames, (AVRational){spf, c.sample_rate},
312                                     st->time_base);
313     if (mp3->header_filesize && mp3->frames && !mp3->is_cbr)
314         st->codec->bit_rate = av_rescale(mp3->header_filesize, 8 * c.sample_rate, mp3->frames * (int64_t)spf);
315
316     return 0;
317 }
318
319 static int mp3_read_header(AVFormatContext *s)
320 {
321     MP3DecContext *mp3 = s->priv_data;
322     AVStream *st;
323     int64_t off;
324     int ret;
325
326     st = avformat_new_stream(s, NULL);
327     if (!st)
328         return AVERROR(ENOMEM);
329
330     st->codec->codec_type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
331     st->codec->codec_id = AV_CODEC_ID_MP3;
332     st->need_parsing = AVSTREAM_PARSE_FULL_RAW;
333     st->start_time = 0;
334
335     // lcm of all mp3 sample rates
336     avpriv_set_pts_info(st, 64, 1, 14112000);
337
338     s->pb->maxsize = -1;
339     off = avio_tell(s->pb);
340
341     if (!av_dict_get(s->metadata, "", NULL, AV_DICT_IGNORE_SUFFIX))
342         ff_id3v1_read(s);
343
344     if(s->pb->seekable)
345         mp3->filesize = avio_size(s->pb);
346
347     if (mp3_parse_vbr_tags(s, st, off) < 0)
348         avio_seek(s->pb, off, SEEK_SET);
349
350     ret = ff_replaygain_export(st, s->metadata);
351     if (ret < 0)
352         return ret;
353
354     /* the parameters will be extracted from the compressed bitstream */
355     return 0;
356 }
357
358 #define MP3_PACKET_SIZE 1024
359
360 static int mp3_read_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
361 {
362     MP3DecContext *mp3 = s->priv_data;
363     int ret, size;
364     int64_t pos;
365
366     size= MP3_PACKET_SIZE;
367     pos = avio_tell(s->pb);
368     if(mp3->filesize > ID3v1_TAG_SIZE && pos < mp3->filesize)
369         size= FFMIN(size, mp3->filesize - pos);
370
371     ret= av_get_packet(s->pb, pkt, size);
372     if (ret <= 0) {
373         if(ret<0)
374             return ret;
375         return AVERROR_EOF;
376     }
377
378     pkt->flags &= ~AV_PKT_FLAG_CORRUPT;
379     pkt->stream_index = 0;
380
381     if (ret >= ID3v1_TAG_SIZE &&
382         memcmp(&pkt->data[ret - ID3v1_TAG_SIZE], "TAG", 3) == 0)
383         ret -= ID3v1_TAG_SIZE;
384
385     /* note: we need to modify the packet size here to handle the last
386        packet */
387     pkt->size = ret;
388     return ret;
389 }
390
391 static int check(AVFormatContext *s, int64_t pos)
392 {
393     int64_t ret = avio_seek(s->pb, pos, SEEK_SET);
394     unsigned header;
395     MPADecodeHeader sd;
396     if (ret < 0)
397         return ret;
398     header = avio_rb32(s->pb);
399     if (ff_mpa_check_header(header) < 0)
400         return -1;
401     if (avpriv_mpegaudio_decode_header(&sd, header) == 1)
402         return -1;
403     return sd.frame_size;
404 }
405
406 static int mp3_seek(AVFormatContext *s, int stream_index, int64_t timestamp,
407                     int flags)
408 {
409     MP3DecContext *mp3 = s->priv_data;
410     AVIndexEntry *ie, ie1;
411     AVStream *st = s->streams[0];
412     int64_t ret  = av_index_search_timestamp(st, timestamp, flags);
413     int i, j;
414     int dir = (flags&AVSEEK_FLAG_BACKWARD) ? -1 : 1;
415     int64_t best_pos;
416     int best_score;
417
418     if (   mp3->is_cbr
419         && st->duration > 0
420         && mp3->header_filesize > s->data_offset
421         && mp3->frames) {
422         int64_t filesize = avio_size(s->pb);
423         int64_t duration;
424         if (filesize <= s->data_offset)
425             filesize = mp3->header_filesize;
426         filesize -= s->data_offset;
427         duration = av_rescale(st->duration, filesize, mp3->header_filesize - s->data_offset);
428         ie = &ie1;
429         timestamp = av_clip64(timestamp, 0, duration);
430         ie->timestamp = timestamp;
431         ie->pos       = av_rescale(timestamp, filesize, duration) + s->data_offset;
432     } else if (mp3->xing_toc) {
433         if (ret < 0)
434             return ret;
435
436         ie = &st->index_entries[ret];
437     } else {
438         st->skip_samples = timestamp <= 0 ? mp3->start_pad + 528 + 1 : 0;
439
440         return -1;
441     }
442
443     avio_seek(s->pb, FFMAX(ie->pos - 4096, 0), SEEK_SET);
444     ret = avio_seek(s->pb, ie->pos, SEEK_SET);
445     if (ret < 0)
446         return ret;
447
448 #define MIN_VALID 3
449     best_pos = ie->pos;
450     best_score = 999;
451     for(i=0; i<4096; i++) {
452         int64_t pos = ie->pos + (dir > 0 ? i - 1024 : -i);
453         int64_t candidate = -1;
454         int score = 999;
455         for(j=0; j<MIN_VALID; j++) {
456             ret = check(s, pos);
457             if(ret < 0)
458                 break;
459             if ((ie->pos - pos)*dir <= 0 && abs(MIN_VALID/2-j) < score) {
460                 candidate = pos;
461                 score = abs(MIN_VALID/2-j);
462             }
463             pos += ret;
464         }
465         if (best_score > score && j == MIN_VALID) {
466             best_pos = candidate;
467             best_score = score;
468             if(score == 0)
469                 break;
470         }
471     }
472
473     ret = avio_seek(s->pb, best_pos, SEEK_SET);
474     if (ret < 0)
475         return ret;
476     ff_update_cur_dts(s, st, ie->timestamp);
477     st->skip_samples = ie->timestamp <= 0 ? mp3->start_pad + 528 + 1 : 0;
478     return 0;
479 }
480
481 static const AVOption options[] = {
482     { "usetoc", "use table of contents", offsetof(MP3DecContext, usetoc), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1}, -1, 1, AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM},
483     { NULL },
484 };
485
486 static const AVClass demuxer_class = {
487     .class_name = "mp3",
488     .item_name  = av_default_item_name,
489     .option     = options,
490     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
491     .category   = AV_CLASS_CATEGORY_DEMUXER,
492 };
493
494 AVInputFormat ff_mp3_demuxer = {
495     .name           = "mp3",
496     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("MP2/3 (MPEG audio layer 2/3)"),
497     .read_probe     = mp3_read_probe,
498     .read_header    = mp3_read_header,
499     .read_packet    = mp3_read_packet,
500     .read_seek      = mp3_seek,
501     .priv_data_size = sizeof(MP3DecContext),
502     .flags          = AVFMT_GENERIC_INDEX,
503     .extensions     = "mp2,mp3,m2a,mpa", /* XXX: use probe */
504     .priv_class     = &demuxer_class,
505 };