libavformat/dvenc.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) support
  12  * Copyright (c) 2006 Daniel Maas <dmaas@maasdigital.com>
  13  *
  14  * This file is part of Libav.
  15  *
  16  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  18  * License as published by the Free Software Foundation; either
  19  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  20  *
  21  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  22  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  23  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  24  * Lesser General Public License for more details.
  25  *
  26  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  27  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  28  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  29  */
  30 #include <time.h>
  31 #include <stdarg.h>
  32
  33 #include "avformat.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "libavcodec/dvdata.h"
  36 #include "dv.h"
  37 #include "libavutil/fifo.h"
  38 #include "libavutil/mathematics.h"
  39
  40 struct DVMuxContext {
  41     const DVprofile*  sys;           /* current DV profile, e.g.: 525/60, 625/50 */
  42     int               n_ast;         /* number of stereo audio streams (up to 2) */
  43     AVStream         *ast[2];        /* stereo audio streams */
  44     AVFifoBuffer     *audio_data[2]; /* FIFO for storing excessive amounts of PCM */
  45     int               frames;        /* current frame number */
  46     int64_t           start_time;    /* recording start time */
  47     int               has_audio;     /* frame under contruction has audio */
  48     int               has_video;     /* frame under contruction has video */
  49     uint8_t           frame_buf[DV_MAX_FRAME_SIZE]; /* frame under contruction */
  50 };
  51
  52 static const int dv_aaux_packs_dist[12][9] = {
  53     { 0xff, 0xff, 0xff, 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff },
  54     { 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff },
  55     { 0xff, 0xff, 0xff, 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff },
  56     { 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff },
  57     { 0xff, 0xff, 0xff, 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff },
  58     { 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff },
  59     { 0xff, 0xff, 0xff, 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff },
  60     { 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff },
  61     { 0xff, 0xff, 0xff, 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff },
  62     { 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff },
  63     { 0xff, 0xff, 0xff, 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff },
  64     { 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff },
  65 };
  66
  67 static int dv_audio_frame_size(const DVprofile* sys, int frame)
  68 {
  69     return sys->audio_samples_dist[frame % (sizeof(sys->audio_samples_dist) /
  70                                             sizeof(sys->audio_samples_dist[0]))];
  71 }
  72
  73 static int dv_write_pack(enum dv_pack_type pack_id, DVMuxContext *c, uint8_t* buf, ...)
  74 {
  75     struct tm tc;
  76     time_t ct;
  77     int ltc_frame;
  78     va_list ap;
  79
  80     buf[0] = (uint8_t)pack_id;
  81     switch (pack_id) {
  82     case dv_timecode:
  83         ct = (time_t)av_rescale_rnd(c->frames, c->sys->time_base.num,
  84                                     c->sys->time_base.den, AV_ROUND_DOWN);
  85         brktimegm(ct, &tc);
  86         /*
  87          * LTC drop-frame frame counter drops two frames (0 and 1) every
  88          * minute, unless it is exactly divisible by 10
  89          */
  90         ltc_frame = (c->frames + 2 * ct / 60 - 2 * ct / 600) % c->sys->ltc_divisor;
  91         buf[1] = (0                 << 7) | /* color frame: 0 - unsync; 1 - sync mode */
  92                  (1                 << 6) | /* drop frame timecode: 0 - nondrop; 1 - drop */
  93                  ((ltc_frame / 10)  << 4) | /* tens of frames */
  94                  (ltc_frame % 10);          /* units of frames */
  95         buf[2] = (1                 << 7) | /* biphase mark polarity correction: 0 - even; 1 - odd */
  96                  ((tc.tm_sec / 10)  << 4) | /* tens of seconds */
  97                  (tc.tm_sec % 10);          /* units of seconds */
  98         buf[3] = (1                 << 7) | /* binary group flag BGF0 */
  99                  ((tc.tm_min / 10)  << 4) | /* tens of minutes */
 100                  (tc.tm_min % 10);          /* units of minutes */
 101         buf[4] = (1                 << 7) | /* binary group flag BGF2 */
 102                  (1                 << 6) | /* binary group flag BGF1 */
 103                  ((tc.tm_hour / 10) << 4) | /* tens of hours */
 104                  (tc.tm_hour % 10);         /* units of hours */
 105         break;
 106     case dv_audio_source:  /* AAUX source pack */
 107         va_start(ap, buf);
 108         buf[1] = (1 << 7) | /* locked mode -- SMPTE only supports locked mode */
 109                  (1 << 6) | /* reserved -- always 1 */
 110                  (dv_audio_frame_size(c->sys, c->frames) -
 111                   c->sys->audio_min_samples[0]);
 112                             /* # of samples      */
 113         buf[2] = (0 << 7) | /* multi-stereo      */
 114                  (0 << 5) | /* #of audio channels per block: 0 -- 1 channel */
 115                  (0 << 4) | /* pair bit: 0 -- one pair of channels */
 116                  !!va_arg(ap, int); /* audio mode        */
 117         buf[3] = (1 << 7) | /* res               */
 118                  (1 << 6) | /* multi-language flag */
 119                  (c->sys->dsf << 5) | /*  system: 60fields/50fields */
 120                  (c->sys->n_difchan & 2); /* definition: 0 -- 25Mbps, 2 -- 50Mbps */
 121         buf[4] = (1 << 7) | /* emphasis: 1 -- off */
 122                  (0 << 6) | /* emphasis time constant: 0 -- reserved */
 123                  (0 << 3) | /* frequency: 0 -- 48kHz, 1 -- 44,1kHz, 2 -- 32kHz */
 124                   0;        /* quantization: 0 -- 16bit linear, 1 -- 12bit nonlinear */
 125         va_end(ap);
 126         break;
 127     case dv_audio_control:
 128         buf[1] = (0 << 6) | /* copy protection: 0 -- unrestricted */
 129                  (1 << 4) | /* input source: 1 -- digital input */
 130                  (3 << 2) | /* compression: 3 -- no information */
 131                   0;        /* misc. info/SMPTE emphasis off */
 132         buf[2] = (1 << 7) | /* recording start point: 1 -- no */
 133                  (1 << 6) | /* recording end point: 1 -- no */
 134                  (1 << 3) | /* recording mode: 1 -- original */
 135                   7;
 136         buf[3] = (1 << 7) | /* direction: 1 -- forward */
 137                  (c->sys->pix_fmt == PIX_FMT_YUV420P ? 0x20 : /* speed */
 138                                                        c->sys->ltc_divisor * 4);
 139         buf[4] = (1 << 7) | /* reserved -- always 1 */
 140                   0x7f;     /* genre category */
 141         break;
 142     case dv_audio_recdate:
 143     case dv_video_recdate:  /* VAUX recording date */
 144         ct = c->start_time + av_rescale_rnd(c->frames, c->sys->time_base.num,
 145                                             c->sys->time_base.den, AV_ROUND_DOWN);
 146         brktimegm(ct, &tc);
 147         buf[1] = 0xff; /* ds, tm, tens of time zone, units of time zone */
 148                        /* 0xff is very likely to be "unknown" */
 149         buf[2] = (3 << 6) | /* reserved -- always 1 */
 150                  ((tc.tm_mday / 10) << 4) | /* Tens of day */
 151                  (tc.tm_mday % 10);         /* Units of day */
 152         buf[3] = /* we set high 4 bits to 0, shouldn't we set them to week? */
 153                  ((tc.tm_mon / 10) << 4) |    /* Tens of month */
 154                  (tc.tm_mon  % 10);           /* Units of month */
 155         buf[4] = (((tc.tm_year % 100) / 10) << 4) | /* Tens of year */
 156                  (tc.tm_year % 10);                 /* Units of year */
 157         break;
 158     case dv_audio_rectime:  /* AAUX recording time */
 159     case dv_video_rectime:  /* VAUX recording time */
 160         ct = c->start_time + av_rescale_rnd(c->frames, c->sys->time_base.num,
 161                                                        c->sys->time_base.den, AV_ROUND_DOWN);
 162         brktimegm(ct, &tc);
 163         buf[1] = (3 << 6) | /* reserved -- always 1 */
 164                  0x3f; /* tens of frame, units of frame: 0x3f - "unknown" ? */
 165         buf[2] = (1 << 7) | /* reserved -- always 1 */
 166                  ((tc.tm_sec / 10) << 4) | /* Tens of seconds */
 167                  (tc.tm_sec % 10);         /* Units of seconds */
 168         buf[3] = (1 << 7) | /* reserved -- always 1 */
 169                  ((tc.tm_min / 10) << 4) | /* Tens of minutes */
 170                  (tc.tm_min % 10);         /* Units of minutes */
 171         buf[4] = (3 << 6) | /* reserved -- always 1 */
 172                  ((tc.tm_hour / 10) << 4) | /* Tens of hours */
 173                  (tc.tm_hour % 10);         /* Units of hours */
 174         break;
 175     default:
 176         buf[1] = buf[2] = buf[3] = buf[4] = 0xff;
 177     }
 178     return 5;
 179 }
 180
 181 static void dv_inject_audio(DVMuxContext *c, int channel, uint8_t* frame_ptr)
 182 {
 183     int i, j, d, of, size;
 184     size = 4 * dv_audio_frame_size(c->sys, c->frames);
 185     frame_ptr += channel * c->sys->difseg_size * 150 * 80;
 186     for (i = 0; i < c->sys->difseg_size; i++) {
 187         frame_ptr += 6 * 80; /* skip DIF segment header */
 188         for (j = 0; j < 9; j++) {
 189             dv_write_pack(dv_aaux_packs_dist[i][j], c, &frame_ptr[3], i >= c->sys->difseg_size/2);
 190             for (d = 8; d < 80; d+=2) {
 191                 of = c->sys->audio_shuffle[i][j] + (d - 8)/2 * c->sys->audio_stride;
 192                 if (of*2 >= size)
 193                     continue;
 194
 195                 frame_ptr[d]   = *av_fifo_peek2(c->audio_data[channel], of*2+1); // FIXME: maybe we have to admit
 196                 frame_ptr[d+1] = *av_fifo_peek2(c->audio_data[channel], of*2);   //        that DV is a big-endian PCM
 197             }
 198             frame_ptr += 16 * 80; /* 15 Video DIFs + 1 Audio DIF */
 199         }
 200     }
 201 }
 202
 203 static void dv_inject_metadata(DVMuxContext *c, uint8_t* frame)
 204 {
 205     int j, k;
 206     uint8_t* buf;
 207
 208     for (buf = frame; buf < frame + c->sys->frame_size; buf += 150 * 80) {
 209         /* DV subcode: 2nd and 3d DIFs */
 210         for (j = 80; j < 80 * 3; j += 80) {
 211             for (k = 6; k < 6 * 8; k += 8)
 212                 dv_write_pack(dv_timecode, c, &buf[j+k]);
 213
 214             if (((long)(buf-frame)/(c->sys->frame_size/(c->sys->difseg_size*c->sys->n_difchan))%c->sys->difseg_size) > 5) { /* FIXME: is this really needed ? */
 215                 dv_write_pack(dv_video_recdate, c, &buf[j+14]);
 216                 dv_write_pack(dv_video_rectime, c, &buf[j+22]);
 217                 dv_write_pack(dv_video_recdate, c, &buf[j+38]);
 218                 dv_write_pack(dv_video_rectime, c, &buf[j+46]);
 219             }
 220         }
 221
 222         /* DV VAUX: 4th, 5th and 6th 3DIFs */
 223         for (j = 80*3 + 3; j < 80*6; j += 80) {
 224             dv_write_pack(dv_video_recdate, c, &buf[j+5*2]);
 225             dv_write_pack(dv_video_rectime, c, &buf[j+5*3]);
 226             dv_write_pack(dv_video_recdate, c, &buf[j+5*11]);
 227             dv_write_pack(dv_video_rectime, c, &buf[j+5*12]);
 228         }
 229     }
 230 }
 231
 232 /*
 233  * The following 3 functions constitute our interface to the world
 234  */
 235
 236 static int dv_assemble_frame(DVMuxContext *c, AVStream* st,
 237                              uint8_t* data, int data_size, uint8_t** frame)
 238 {
 239     int i, reqasize;
 240
 241     *frame = &c->frame_buf[0];
 242     reqasize = 4 * dv_audio_frame_size(c->sys, c->frames);
 243
 244     switch (st->codec->codec_type) {
 245     case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
 246         /* FIXME: we have to have more sensible approach than this one */
 247         if (c->has_video)
 248             av_log(st->codec, AV_LOG_ERROR, "Can't process DV frame #%d. Insufficient audio data or severe sync problem.\n", c->frames);
 249
 250         memcpy(*frame, data, c->sys->frame_size);
 251         c->has_video = 1;
 252         break;
 253     case AVMEDIA_TYPE_AUDIO:
 254         for (i = 0; i < c->n_ast && st != c->ast[i]; i++);
 255
 256           /* FIXME: we have to have more sensible approach than this one */
 257         if (av_fifo_size(c->audio_data[i]) + data_size >= 100*AVCODEC_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE)
 258             av_log(st->codec, AV_LOG_ERROR, "Can't process DV frame #%d. Insufficient video data or severe sync problem.\n", c->frames);
 259         av_fifo_generic_write(c->audio_data[i], data, data_size, NULL);
 260
 261         /* Let us see if we've got enough audio for one DV frame. */
 262         c->has_audio |= ((reqasize <= av_fifo_size(c->audio_data[i])) << i);
 263
 264         break;
 265     default:
 266         break;
 267     }
 268
 269     /* Let us see if we have enough data to construct one DV frame. */
 270     if (c->has_video == 1 && c->has_audio + 1 == 1 << c->n_ast) {
 271         dv_inject_metadata(c, *frame);
 272         c->has_audio = 0;
 273         for (i=0; i < c->n_ast; i++) {
 274             dv_inject_audio(c, i, *frame);
 275             av_fifo_drain(c->audio_data[i], reqasize);
 276             c->has_audio |= ((reqasize <= av_fifo_size(c->audio_data[i])) << i);
 277         }
 278
 279         c->has_video = 0;
 280
 281         c->frames++;
 282
 283         return c->sys->frame_size;
 284     }
 285
 286     return 0;
 287 }
 288
 289 static DVMuxContext* dv_init_mux(AVFormatContext* s)
 290 {
 291     DVMuxContext *c = s->priv_data;
 292     AVStream *vst = NULL;
 293     AVDictionaryEntry *t;
 294     int i;
 295
 296     /* we support at most 1 video and 2 audio streams */
 297     if (s->nb_streams > 3)
 298         return NULL;
 299
 300     c->n_ast  = 0;
 301     c->ast[0] = c->ast[1] = NULL;
 302
 303     /* We have to sort out where audio and where video stream is */
 304     for (i=0; i<s->nb_streams; i++) {
 305         switch (s->streams[i]->codec->codec_type) {
 306         case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
 307             if (vst) return NULL;
 308             vst = s->streams[i];
 309             break;
 310         case AVMEDIA_TYPE_AUDIO:
 311             if (c->n_ast > 1) return NULL;
 312             c->ast[c->n_ast++] = s->streams[i];
 313             break;
 314         default:
 315             goto bail_out;
 316         }
 317     }
 318
 319     /* Some checks -- DV format is very picky about its incoming streams */
 320     if (!vst || vst->codec->codec_id != CODEC_ID_DVVIDEO)
 321         goto bail_out;
 322     for (i=0; i<c->n_ast; i++) {
 323         if (c->ast[i] && (c->ast[i]->codec->codec_id    != CODEC_ID_PCM_S16LE ||
 324                           c->ast[i]->codec->sample_rate != 48000 ||
 325                           c->ast[i]->codec->channels    != 2))
 326             goto bail_out;
 327     }
 328     c->sys = ff_dv_codec_profile(vst->codec);
 329     if (!c->sys)
 330         goto bail_out;
 331
 332     if ((c->n_ast > 1) && (c->sys->n_difchan < 2)) {
 333         /* only 1 stereo pair is allowed in 25Mbps mode */
 334         goto bail_out;
 335     }
 336
 337     /* Ok, everything seems to be in working order */
 338     c->frames     = 0;
 339     c->has_audio  = 0;
 340     c->has_video  = 0;
 341 #if FF_API_TIMESTAMP
 342     if (s->timestamp)
 343         c->start_time = s->timestamp;
 344     else
 345 #endif
 346     if (t = av_dict_get(s->metadata, "creation_time", NULL, 0))
 347         c->start_time = ff_iso8601_to_unix_time(t->value);
 348
 349     for (i=0; i < c->n_ast; i++) {
 350         if (c->ast[i] && !(c->audio_data[i]=av_fifo_alloc(100*AVCODEC_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE))) {
 351             while (i > 0) {
 352                 i--;
 353                 av_fifo_free(c->audio_data[i]);
 354             }
 355             goto bail_out;
 356         }
 357     }
 358
 359     return c;
 360
 361 bail_out:
 362     return NULL;
 363 }
 364
 365 static void dv_delete_mux(DVMuxContext *c)
 366 {
 367     int i;
 368     for (i=0; i < c->n_ast; i++)
 369         av_fifo_free(c->audio_data[i]);
 370 }
 371
 372 static int dv_write_header(AVFormatContext *s)
 373 {
 374     if (!dv_init_mux(s)) {
 375         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Can't initialize DV format!\n"
 376                     "Make sure that you supply exactly two streams:\n"
 377                     "     video: 25fps or 29.97fps, audio: 2ch/48kHz/PCM\n"
 378                     "     (50Mbps allows an optional second audio stream)\n");
 379         return -1;
 380     }
 381     return 0;
 382 }
 383
 384 static int dv_write_packet(struct AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
 385 {
 386     uint8_t* frame;
 387     int fsize;
 388
 389     fsize = dv_assemble_frame(s->priv_data, s->streams[pkt->stream_index],
 390                               pkt->data, pkt->size, &frame);
 391     if (fsize > 0) {
 392         avio_write(s->pb, frame, fsize);
 393         avio_flush(s->pb);
 394     }
 395     return 0;
 396 }
 397
 398 /*
 399  * We might end up with some extra A/V data without matching counterpart.
 400  * E.g. video data without enough audio to write the complete frame.
 401  * Currently we simply drop the last frame. I don't know whether this
 402  * is the best strategy of all
 403  */
 404 static int dv_write_trailer(struct AVFormatContext *s)
 405 {
 406     dv_delete_mux(s->priv_data);
 407     return 0;
 408 }
 409
 410 AVOutputFormat ff_dv_muxer = {
 411     .name              = "dv",
 412     .long_name         = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DV video format"),
 413     .extensions        = "dv",
 414     .priv_data_size    = sizeof(DVMuxContext),
 415     .audio_codec       = CODEC_ID_PCM_S16LE,
 416     .video_codec       = CODEC_ID_DVVIDEO,
 417     .write_header      = dv_write_header,
 418     .write_packet      = dv_write_packet,
 419     .write_trailer     = dv_write_trailer,
 420 };