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] = av_new_stream(c->fctx, 0);
 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 = av_new_stream(s, 0);
 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