libavformat/rtpdec_jpeg.c

   1 /*
   2  * RTP JPEG-compressed Video Depacketizer, RFC 2435
   3  * Copyright (c) 2012 Samuel Pitoiset
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #include "avformat.h"
  23 #include "rtpdec.h"
  24 #include "rtpdec_formats.h"
  25 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  26 #include "libavcodec/mjpeg.h"
  27 #include "libavcodec/bytestream.h"
  28
  29 /**
  30  * RTP/JPEG specific private data.
  31  */
  32 struct PayloadContext {
  33     AVIOContext *frame;         ///< current frame buffer
  34     uint32_t    timestamp;      ///< current frame timestamp
  35     int         hdr_size;       ///< size of the current frame header
  36     uint8_t     qtables[128][128];
  37     uint8_t     qtables_len[128];
  38 };
  39
  40 static const uint8_t default_quantizers[128] = {
  41     /* luma table */
  42     16,  11,  12,  14,  12,  10,  16,  14,
  43     13,  14,  18,  17,  16,  19,  24,  40,
  44     26,  24,  22,  22,  24,  49,  35,  37,
  45     29,  40,  58,  51,  61,  60,  57,  51,
  46     56,  55,  64,  72,  92,  78,  64,  68,
  47     87,  69,  55,  56,  80,  109, 81,  87,
  48     95,  98,  103, 104, 103, 62,  77,  113,
  49     121, 112, 100, 120, 92,  101, 103, 99,
  50
  51     /* chroma table */
  52     17,  18,  18,  24,  21,  24,  47,  26,
  53     26,  47,  99,  66,  56,  66,  99,  99,
  54     99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,
  55     99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,
  56     99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,
  57     99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,
  58     99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,
  59     99,  99,  99,  99,  99,  99,  99,  99
  60 };
  61
  62 static inline void free_frame(PayloadContext *jpeg)
  63 {
  64     if (jpeg->frame) {
  65         uint8_t *p;
  66         avio_close_dyn_buf(jpeg->frame, &p);
  67         av_free(p);
  68         jpeg->frame = NULL;
  69     }
  70 }
  71
  72 static void jpeg_free_context(PayloadContext *jpeg)
  73 {
  74     free_frame(jpeg);
  75     av_free(jpeg);
  76 }
  77
  78 static int jpeg_create_huffman_table(PutByteContext *p, int table_class,
  79                                      int table_id, const uint8_t *bits_table,
  80                                      const uint8_t *value_table)
  81 {
  82     int i, n = 0;
  83
  84     bytestream2_put_byte(p, table_class << 4 | table_id);
  85
  86     for (i = 1; i <= 16; i++) {
  87         n += bits_table[i];
  88         bytestream2_put_byte(p, bits_table[i]);
  89     }
  90
  91     for (i = 0; i < n; i++) {
  92         bytestream2_put_byte(p, value_table[i]);
  93     }
  94     return n + 17;
  95 }
  96
  97 static void jpeg_put_marker(PutByteContext *pbc, int code)
  98 {
  99     bytestream2_put_byte(pbc, 0xff);
 100     bytestream2_put_byte(pbc, code);
 101 }
 102
 103 static int jpeg_create_header(uint8_t *buf, int size, uint32_t type, uint32_t w,
 104                               uint32_t h, const uint8_t *qtable, int nb_qtable)
 105 {
 106     PutByteContext pbc;
 107     uint8_t *dht_size_ptr;
 108     int dht_size, i;
 109
 110     bytestream2_init_writer(&pbc, buf, size);
 111
 112     /* Convert from blocks to pixels. */
 113     w <<= 3;
 114     h <<= 3;
 115
 116     /* SOI */
 117     jpeg_put_marker(&pbc, SOI);
 118
 119     /* JFIF header */
 120     jpeg_put_marker(&pbc, APP0);
 121     bytestream2_put_be16(&pbc, 16);
 122     bytestream2_put_buffer(&pbc, "JFIF", 5);
 123     bytestream2_put_be16(&pbc, 0x0201);
 124     bytestream2_put_byte(&pbc, 0);
 125     bytestream2_put_be16(&pbc, 1);
 126     bytestream2_put_be16(&pbc, 1);
 127     bytestream2_put_byte(&pbc, 0);
 128     bytestream2_put_byte(&pbc, 0);
 129
 130     /* DQT */
 131     jpeg_put_marker(&pbc, DQT);
 132     bytestream2_put_be16(&pbc, 2 + nb_qtable * (1 + 64));
 133
 134     for (i = 0; i < nb_qtable; i++) {
 135         bytestream2_put_byte(&pbc, i);
 136
 137         /* Each table is an array of 64 values given in zig-zag
 138          * order, identical to the format used in a JFIF DQT
 139          * marker segment. */
 140         bytestream2_put_buffer(&pbc, qtable + 64 * i, 64);
 141     }
 142
 143     /* DHT */
 144     jpeg_put_marker(&pbc, DHT);
 145     dht_size_ptr = pbc.buffer;
 146     bytestream2_put_be16(&pbc, 0);
 147
 148     dht_size  = 2;
 149     dht_size += jpeg_create_huffman_table(&pbc, 0, 0,avpriv_mjpeg_bits_dc_luminance,
 150                                           avpriv_mjpeg_val_dc);
 151     dht_size += jpeg_create_huffman_table(&pbc, 0, 1, avpriv_mjpeg_bits_dc_chrominance,
 152                                           avpriv_mjpeg_val_dc);
 153     dht_size += jpeg_create_huffman_table(&pbc, 1, 0, avpriv_mjpeg_bits_ac_luminance,
 154                                           avpriv_mjpeg_val_ac_luminance);
 155     dht_size += jpeg_create_huffman_table(&pbc, 1, 1, avpriv_mjpeg_bits_ac_chrominance,
 156                                           avpriv_mjpeg_val_ac_chrominance);
 157     AV_WB16(dht_size_ptr, dht_size);
 158
 159     /* SOF0 */
 160     jpeg_put_marker(&pbc, SOF0);
 161     bytestream2_put_be16(&pbc, 17); /* size */
 162     bytestream2_put_byte(&pbc, 8); /* bits per component */
 163     bytestream2_put_be16(&pbc, h);
 164     bytestream2_put_be16(&pbc, w);
 165     bytestream2_put_byte(&pbc, 3); /* number of components */
 166     bytestream2_put_byte(&pbc, 1); /* component number */
 167     bytestream2_put_byte(&pbc, (2 << 4) | (type ? 2 : 1)); /* hsample/vsample */
 168     bytestream2_put_byte(&pbc, 0); /* matrix number */
 169     bytestream2_put_byte(&pbc, 2); /* component number */
 170     bytestream2_put_byte(&pbc, 1 << 4 | 1); /* hsample/vsample */
 171     bytestream2_put_byte(&pbc, nb_qtable == 2 ? 1 : 0); /* matrix number */
 172     bytestream2_put_byte(&pbc, 3); /* component number */
 173     bytestream2_put_byte(&pbc, 1 << 4 | 1); /* hsample/vsample */
 174     bytestream2_put_byte(&pbc, nb_qtable == 2 ? 1 : 0); /* matrix number */
 175
 176     /* SOS */
 177     jpeg_put_marker(&pbc, SOS);
 178     bytestream2_put_be16(&pbc, 12);
 179     bytestream2_put_byte(&pbc, 3);
 180     bytestream2_put_byte(&pbc, 1);
 181     bytestream2_put_byte(&pbc, 0);
 182     bytestream2_put_byte(&pbc, 2);
 183     bytestream2_put_byte(&pbc, 17);
 184     bytestream2_put_byte(&pbc, 3);
 185     bytestream2_put_byte(&pbc, 17);
 186     bytestream2_put_byte(&pbc, 0);
 187     bytestream2_put_byte(&pbc, 63);
 188     bytestream2_put_byte(&pbc, 0);
 189
 190     /* Return the length in bytes of the JPEG header. */
 191     return bytestream2_tell_p(&pbc);
 192 }
 193
 194 static void create_default_qtables(uint8_t *qtables, uint8_t q)
 195 {
 196     int factor = q;
 197     int i;
 198
 199     factor = av_clip(q, 1, 99);
 200
 201     if (q < 50)
 202         q = 5000 / factor;
 203     else
 204         q = 200 - factor * 2;
 205
 206     for (i = 0; i < 128; i++) {
 207         int val = (default_quantizers[i] * q + 50) / 100;
 208
 209         /* Limit the quantizers to 1 <= q <= 255. */
 210         val = av_clip(val, 1, 255);
 211         qtables[i] = val;
 212     }
 213 }
 214
 215 static int jpeg_parse_packet(AVFormatContext *ctx, PayloadContext *jpeg,
 216                              AVStream *st, AVPacket *pkt, uint32_t *timestamp,
 217                              const uint8_t *buf, int len, uint16_t seq,
 218                              int flags)
 219 {
 220     uint8_t type, q, width, height;
 221     const uint8_t *qtables = NULL;
 222     uint16_t qtable_len;
 223     uint32_t off;
 224     int ret;
 225
 226     if (len < 8) {
 227         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Too short RTP/JPEG packet.\n");
 228         return AVERROR_INVALIDDATA;
 229     }
 230
 231     /* Parse the main JPEG header. */
 232     off    = AV_RB24(buf + 1);  /* fragment byte offset */
 233     type   = AV_RB8(buf + 4);   /* id of jpeg decoder params */
 234     q      = AV_RB8(buf + 5);   /* quantization factor (or table id) */
 235     width  = AV_RB8(buf + 6);   /* frame width in 8 pixel blocks */
 236     height = AV_RB8(buf + 7);   /* frame height in 8 pixel blocks */
 237     buf += 8;
 238     len -= 8;
 239
 240     /* Parse the restart marker header. */
 241     if (type > 63) {
 242         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 243                "Unimplemented RTP/JPEG restart marker header.\n");
 244         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 245     }
 246     if (type > 1) {
 247         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unimplemented RTP/JPEG type %d\n", type);
 248         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 249     }
 250
 251     /* Parse the quantization table header. */
 252     if (off == 0) {
 253         /* Start of JPEG data packet. */
 254         uint8_t new_qtables[128];
 255         uint8_t hdr[1024];
 256
 257         if (q > 127) {
 258             uint8_t precision;
 259             if (len < 4) {
 260                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Too short RTP/JPEG packet.\n");
 261                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 262             }
 263
 264             /* The first byte is reserved for future use. */
 265             precision  = AV_RB8(buf + 1);    /* size of coefficients */
 266             qtable_len = AV_RB16(buf + 2);   /* length in bytes */
 267             buf += 4;
 268             len -= 4;
 269
 270             if (precision)
 271                 av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Only 8-bit precision is supported.\n");
 272
 273             if (qtable_len > 0) {
 274                 if (len < qtable_len) {
 275                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Too short RTP/JPEG packet.\n");
 276                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 277                 }
 278                 qtables = buf;
 279                 buf += qtable_len;
 280                 len -= qtable_len;
 281                 if (q < 255) {
 282                     if (jpeg->qtables_len[q - 128] &&
 283                         (jpeg->qtables_len[q - 128] != qtable_len ||
 284                          memcmp(qtables, &jpeg->qtables[q - 128][0], qtable_len))) {
 285                         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING,
 286                                "Quantization tables for q=%d changed\n", q);
 287                     } else if (!jpeg->qtables_len[q - 128] && qtable_len <= 128) {
 288                         memcpy(&jpeg->qtables[q - 128][0], qtables,
 289                                qtable_len);
 290                         jpeg->qtables_len[q - 128] = qtable_len;
 291                     }
 292                 }
 293             } else {
 294                 if (q == 255) {
 295                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 296                            "Invalid RTP/JPEG packet. Quantization tables not found.\n");
 297                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 298                 }
 299                 if (!jpeg->qtables_len[q - 128]) {
 300                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 301                            "No quantization tables known for q=%d yet.\n", q);
 302                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 303                 }
 304                 qtables    = &jpeg->qtables[q - 128][0];
 305                 qtable_len =  jpeg->qtables_len[q - 128];
 306             }
 307         } else { /* q <= 127 */
 308             if (q == 0 || q > 99) {
 309                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Reserved q value %d\n", q);
 310                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 311             }
 312             create_default_qtables(new_qtables, q);
 313             qtables    = new_qtables;
 314             qtable_len = sizeof(new_qtables);
 315         }
 316
 317         /* Skip the current frame in case of the end packet
 318          * has been lost somewhere. */
 319         free_frame(jpeg);
 320
 321         if ((ret = avio_open_dyn_buf(&jpeg->frame)) < 0)
 322             return ret;
 323         jpeg->timestamp = *timestamp;
 324
 325         /* Generate a frame and scan headers that can be prepended to the
 326          * RTP/JPEG data payload to produce a JPEG compressed image in
 327          * interchange format. */
 328         jpeg->hdr_size = jpeg_create_header(hdr, sizeof(hdr), type, width,
 329                                             height, qtables,
 330                                             qtable_len / 64);
 331
 332         /* Copy JPEG header to frame buffer. */
 333         avio_write(jpeg->frame, hdr, jpeg->hdr_size);
 334     }
 335
 336     if (!jpeg->frame) {
 337         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 338                "Received packet without a start chunk; dropping frame.\n");
 339         return AVERROR(EAGAIN);
 340     }
 341
 342     if (jpeg->timestamp != *timestamp) {
 343         /* Skip the current frame if timestamp is incorrect.
 344          * A start packet has been lost somewhere. */
 345         free_frame(jpeg);
 346         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "RTP timestamps don't match.\n");
 347         return AVERROR_INVALIDDATA;
 348     }
 349
 350     if (off != avio_tell(jpeg->frame) - jpeg->hdr_size) {
 351         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 352                "Missing packets; dropping frame.\n");
 353         return AVERROR(EAGAIN);
 354     }
 355
 356     /* Copy data to frame buffer. */
 357     avio_write(jpeg->frame, buf, len);
 358
 359     if (flags & RTP_FLAG_MARKER) {
 360         /* End of JPEG data packet. */
 361         uint8_t buf[2] = { 0xff, EOI };
 362
 363         /* Put EOI marker. */
 364         avio_write(jpeg->frame, buf, sizeof(buf));
 365
 366         /* Prepare the JPEG packet. */
 367         if ((ret = ff_rtp_finalize_packet(pkt, &jpeg->frame, st->index)) < 0) {
 368             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 369                    "Error occurred when getting frame buffer.\n");
 370             return ret;
 371         }
 372
 373         return 0;
 374     }
 375
 376     return AVERROR(EAGAIN);
 377 }
 378
 379 RTPDynamicProtocolHandler ff_jpeg_dynamic_handler = {
 380     .enc_name          = "JPEG",
 381     .codec_type        = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 382     .codec_id          = AV_CODEC_ID_MJPEG,
 383     .priv_data_size    = sizeof(PayloadContext),
 384     .free              = jpeg_free_context,
 385     .parse_packet      = jpeg_parse_packet,
 386     .static_payload_id = 26,
 387 };