src/AS_DCP_PCM.cpp

   1 /*
   2 Copyright (c) 2004-2010, John Hurst
   3 All rights reserved.
   4
   5 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6 modification, are permitted provided that the following conditions
   7 are met:
   8 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13 3. The name of the author may not be used to endorse or promote products
  14    derived from this software without specific prior written permission.
  15
  16 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  17 IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  18 OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  19 IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  20 INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  21 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  22 DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  23 THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  24 (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  25 THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  26 */
  27 /*! \file    AS_DCP_PCM.cpp
  28     \version $Id$
  29     \brief   AS-DCP library, PCM essence reader and writer implementation
  30 */
  31
  32 #include "AS_DCP_internal.h"
  33 #include <map>
  34 #include <iostream>
  35 #include <iomanip>
  36
  37 //------------------------------------------------------------------------------------------
  38
  39 static std::string PCM_PACKAGE_LABEL = "File Package: SMPTE 382M frame wrapping of wave audio";
  40 static std::string SOUND_DEF_LABEL = "Sound Track";
  41
  42 static byte_t SNDFMT_CFG_1_UL[16] = { 0x06, 0x0e, 0x2b, 0x34, 0x04, 0x01, 0x01, 0x0b,
  43                                       0x04, 0x02, 0x02, 0x10, 0x03, 0x01, 0x01, 0x00 };
  44
  45 static byte_t SNDFMT_CFG_2_UL[16] = { 0x06, 0x0e, 0x2b, 0x34, 0x04, 0x01, 0x01, 0x0b,
  46                                       0x04, 0x02, 0x02, 0x10, 0x03, 0x01, 0x02, 0x00 };
  47
  48 static byte_t SNDFMT_CFG_3_UL[16] = { 0x06, 0x0e, 0x2b, 0x34, 0x04, 0x01, 0x01, 0x0b,
  49                                       0x04, 0x02, 0x02, 0x10, 0x03, 0x01, 0x03, 0x00 };
  50
  51 //
  52 Result_t
  53 PCM_ADesc_to_MD(PCM::AudioDescriptor& ADesc, MXF::WaveAudioDescriptor* ADescObj)
  54 {
  55   ASDCP_TEST_NULL(ADescObj);
  56   ADescObj->SampleRate = ADesc.EditRate;
  57   ADescObj->AudioSamplingRate = ADesc.AudioSamplingRate;
  58   ADescObj->Locked = ADesc.Locked;
  59   ADescObj->ChannelCount = ADesc.ChannelCount;
  60   ADescObj->QuantizationBits = ADesc.QuantizationBits;
  61   ADescObj->BlockAlign = ADesc.BlockAlign;
  62   ADescObj->AvgBps = ADesc.AvgBps;
  63   ADescObj->LinkedTrackID = ADesc.LinkedTrackID;
  64   ADescObj->ContainerDuration = ADesc.ContainerDuration;
  65
  66   ADescObj->ChannelAssignment.Reset();
  67
  68   switch ( ADesc.ChannelFormat )
  69     {
  70       case PCM::CF_CFG_1:
  71         ADescObj->ChannelAssignment = UL(SNDFMT_CFG_1_UL);
  72         break;
  73
  74       case PCM::CF_CFG_2:
  75         ADescObj->ChannelAssignment = UL(SNDFMT_CFG_2_UL);
  76         break;
  77
  78       case PCM::CF_CFG_3:
  79         ADescObj->ChannelAssignment = UL(SNDFMT_CFG_3_UL);
  80         break;
  81     }
  82
  83   return RESULT_OK;
  84 }
  85
  86 //
  87 ASDCP::Result_t
  88 MD_to_PCM_ADesc(MXF::WaveAudioDescriptor* ADescObj, PCM::AudioDescriptor& ADesc)
  89 {
  90   ASDCP_TEST_NULL(ADescObj);
  91   ADesc.EditRate = ADescObj->SampleRate;
  92   ADesc.AudioSamplingRate = ADescObj->AudioSamplingRate;
  93   ADesc.Locked = ADescObj->Locked;
  94   ADesc.ChannelCount = ADescObj->ChannelCount;
  95   ADesc.QuantizationBits = ADescObj->QuantizationBits;
  96   ADesc.BlockAlign = ADescObj->BlockAlign;
  97   ADesc.AvgBps = ADescObj->AvgBps;
  98   ADesc.LinkedTrackID = ADescObj->LinkedTrackID;
  99   assert(ADescObj->ContainerDuration <= 0xFFFFFFFFL);
 100   ADesc.ContainerDuration = (ui32_t) ADescObj->ContainerDuration;
 101
 102   ADesc.ChannelFormat = PCM::CF_NONE;
 103
 104   if ( ADescObj->ChannelAssignment.HasValue() )
 105     {
 106       if ( ADescObj->ChannelAssignment == UL(SNDFMT_CFG_1_UL) )
 107         ADesc.ChannelFormat = PCM::CF_CFG_1;
 108
 109       else if ( ADescObj->ChannelAssignment == UL(SNDFMT_CFG_2_UL) )
 110         ADesc.ChannelFormat = PCM::CF_CFG_2;
 111
 112       else if ( ADescObj->ChannelAssignment == UL(SNDFMT_CFG_3_UL) )
 113         ADesc.ChannelFormat = PCM::CF_CFG_3;
 114     }
 115
 116   return RESULT_OK;
 117 }
 118
 119 //
 120 std::ostream&
 121 ASDCP::PCM::operator << (std::ostream& strm, const AudioDescriptor& ADesc)
 122 {
 123   strm << "        SampleRate: " << ADesc.EditRate.Numerator << "/" << ADesc.EditRate.Denominator << std::endl;
 124   strm << " AudioSamplingRate: " << ADesc.AudioSamplingRate.Numerator << "/" << ADesc.AudioSamplingRate.Denominator << std::endl;
 125   strm << "            Locked: " << (unsigned) ADesc.Locked << std::endl;
 126   strm << "      ChannelCount: " << (unsigned) ADesc.ChannelCount << std::endl;
 127   strm << "  QuantizationBits: " << (unsigned) ADesc.QuantizationBits << std::endl;
 128   strm << "        BlockAlign: " << (unsigned) ADesc.BlockAlign << std::endl;
 129   strm << "            AvgBps: " << (unsigned) ADesc.AvgBps << std::endl;
 130   strm << "     LinkedTrackID: " << (unsigned) ADesc.LinkedTrackID << std::endl;
 131   strm << " ContainerDuration: " << (unsigned) ADesc.ContainerDuration << std::endl;
 132
 133   return strm;
 134 }
 135
 136 //
 137 void
 138 ASDCP::PCM::AudioDescriptorDump(const AudioDescriptor& ADesc, FILE* stream)
 139 {
 140   if ( stream == 0 )
 141     stream = stderr;
 142
 143   fprintf(stream, "\
 144         EditRate: %d/%d\n\
 145  AudioSamplingRate: %d/%d\n\
 146             Locked: %u\n\
 147       ChannelCount: %u\n\
 148   QuantizationBits: %u\n\
 149         BlockAlign: %u\n\
 150             AvgBps: %u\n\
 151      LinkedTrackID: %u\n\
 152  ContainerDuration: %u\n",
 153           ADesc.EditRate.Numerator, ADesc.EditRate.Denominator,
 154           ADesc.AudioSamplingRate.Numerator, ADesc.AudioSamplingRate.Denominator,
 155           ADesc.Locked,
 156           ADesc.ChannelCount,
 157           ADesc.QuantizationBits,
 158           ADesc.BlockAlign,
 159           ADesc.AvgBps,
 160           ADesc.LinkedTrackID,
 161           ADesc.ContainerDuration
 162           );
 163 }
 164
 165
 166 //
 167 //
 168 static ui32_t
 169 calc_CBR_frame_size(ASDCP::WriterInfo& Info, const ASDCP::PCM::AudioDescriptor& ADesc)
 170 {
 171   ui32_t CBR_frame_size = 0;
 172
 173   if ( Info.EncryptedEssence )
 174     {
 175       CBR_frame_size =
 176         SMPTE_UL_LENGTH
 177         + MXF_BER_LENGTH
 178         + klv_cryptinfo_size
 179         + calc_esv_length(ASDCP::PCM::CalcFrameBufferSize(ADesc), 0)
 180         + ( Info.UsesHMAC ? klv_intpack_size : (MXF_BER_LENGTH * 3) );
 181     }
 182   else
 183     {
 184       CBR_frame_size = ASDCP::PCM::CalcFrameBufferSize(ADesc) + SMPTE_UL_LENGTH + MXF_BER_LENGTH;
 185     }
 186
 187   return CBR_frame_size;
 188 }
 189
 190
 191 //------------------------------------------------------------------------------------------
 192
 193
 194 class ASDCP::PCM::MXFReader::h__Reader : public ASDCP::h__Reader
 195 {
 196   ASDCP_NO_COPY_CONSTRUCT(h__Reader);
 197   h__Reader();
 198
 199 public:
 200   AudioDescriptor m_ADesc;
 201
 202   h__Reader(const Dictionary& d) : ASDCP::h__Reader(d) {}
 203   ~h__Reader() {}
 204   Result_t    OpenRead(const char*);
 205   Result_t    ReadFrame(ui32_t, FrameBuffer&, AESDecContext*, HMACContext*);
 206 };
 207
 208
 209 //
 210 //
 211 ASDCP::Result_t
 212 ASDCP::PCM::MXFReader::h__Reader::OpenRead(const char* filename)
 213 {
 214   Result_t result = OpenMXFRead(filename);
 215
 216   if( ASDCP_SUCCESS(result) )
 217     {
 218       InterchangeObject* Object;
 219       if ( ASDCP_SUCCESS(m_HeaderPart.GetMDObjectByType(OBJ_TYPE_ARGS(WaveAudioDescriptor), &Object)) )
 220         {
 221           assert(Object);
 222           result = MD_to_PCM_ADesc((MXF::WaveAudioDescriptor*)Object, m_ADesc);
 223         }
 224     }
 225
 226   // check for sample/frame rate sanity
 227   if ( ASDCP_SUCCESS(result)
 228        && m_ADesc.EditRate != EditRate_24
 229        && m_ADesc.EditRate != EditRate_25
 230        && m_ADesc.EditRate != EditRate_30
 231        && m_ADesc.EditRate != EditRate_48
 232        && m_ADesc.EditRate != EditRate_50
 233        && m_ADesc.EditRate != EditRate_60
 234        && m_ADesc.EditRate != EditRate_23_98 )
 235     {
 236       DefaultLogSink().Error("PCM file EditRate is not a supported value: %d/%d\n", // lu
 237                              m_ADesc.EditRate.Numerator, m_ADesc.EditRate.Denominator);
 238
 239       // oh, they gave us the audio sampling rate instead, assume 24/1
 240       if ( m_ADesc.EditRate == SampleRate_48k )
 241         {
 242           DefaultLogSink().Warn("adjusting EditRate to 24/1\n");
 243           m_ADesc.EditRate = EditRate_24;
 244         }
 245       else
 246         {
 247           // or we just drop the hammer
 248           return RESULT_FORMAT;
 249         }
 250     }
 251
 252   if( ASDCP_SUCCESS(result) )
 253     result = InitMXFIndex();
 254
 255   if( ASDCP_SUCCESS(result) )
 256     result = InitInfo();
 257
 258   // TODO: test file for sane CBR index BytesPerEditUnit
 259
 260   return result;
 261 }
 262
 263
 264 //
 265 //
 266 ASDCP::Result_t
 267 ASDCP::PCM::MXFReader::h__Reader::ReadFrame(ui32_t FrameNum, FrameBuffer& FrameBuf,
 268                                             AESDecContext* Ctx, HMACContext* HMAC)
 269 {
 270   if ( ! m_File.IsOpen() )
 271     return RESULT_INIT;
 272
 273   assert(m_Dict);
 274   return ReadEKLVFrame(FrameNum, FrameBuf, m_Dict->ul(MDD_WAVEssence), Ctx, HMAC);
 275 }
 276
 277 //------------------------------------------------------------------------------------------
 278
 279
 280 //
 281 void
 282 ASDCP::PCM::FrameBuffer::Dump(FILE* stream, ui32_t dump_len) const
 283 {
 284   if ( stream == 0 )
 285     stream = stderr;
 286
 287   fprintf(stream, "Frame: %06u, %7u bytes\n",
 288           m_FrameNumber, m_Size);
 289
 290   if ( dump_len )
 291     Kumu::hexdump(m_Data, dump_len, stream);
 292 }
 293
 294 //------------------------------------------------------------------------------------------
 295
 296 ASDCP::PCM::MXFReader::MXFReader()
 297 {
 298   m_Reader = new h__Reader(DefaultCompositeDict());
 299 }
 300
 301
 302 ASDCP::PCM::MXFReader::~MXFReader()
 303 {
 304   if ( m_Reader && m_Reader->m_File.IsOpen() )
 305     m_Reader->Close();
 306 }
 307
 308 // Open the file for reading. The file must exist. Returns error if the
 309 // operation cannot be completed.
 310 ASDCP::Result_t
 311 ASDCP::PCM::MXFReader::OpenRead(const char* filename) const
 312 {
 313   return m_Reader->OpenRead(filename);
 314 }
 315
 316 // Reads a frame of essence from the MXF file. If the optional AESEncContext
 317 // argument is present, the essence is decrypted after reading. If the MXF
 318 // file is encrypted and the AESDecContext argument is NULL, the frame buffer
 319 // will contain the ciphertext frame data.
 320 ASDCP::Result_t
 321 ASDCP::PCM::MXFReader::ReadFrame(ui32_t FrameNum, FrameBuffer& FrameBuf,
 322                                  AESDecContext* Ctx, HMACContext* HMAC) const
 323 {
 324   if ( m_Reader && m_Reader->m_File.IsOpen() )
 325     return m_Reader->ReadFrame(FrameNum, FrameBuf, Ctx, HMAC);
 326
 327   return RESULT_INIT;
 328 }
 329
 330
 331 // Fill the struct with the values from the file's header.
 332 // Returns RESULT_INIT if the file is not open.
 333 ASDCP::Result_t
 334 ASDCP::PCM::MXFReader::FillAudioDescriptor(AudioDescriptor& ADesc) const
 335 {
 336   if ( m_Reader && m_Reader->m_File.IsOpen() )
 337     {
 338       ADesc = m_Reader->m_ADesc;
 339       return RESULT_OK;
 340     }
 341
 342   return RESULT_INIT;
 343 }
 344
 345 // Fill the struct with the values from the file's header.
 346 // Returns RESULT_INIT if the file is not open.
 347 ASDCP::Result_t
 348 ASDCP::PCM::MXFReader::FillWriterInfo(WriterInfo& Info) const
 349 {
 350   if ( m_Reader && m_Reader->m_File.IsOpen() )
 351     {
 352       Info = m_Reader->m_Info;
 353       return RESULT_OK;
 354     }
 355
 356   return RESULT_INIT;
 357 }
 358
 359 //
 360 void
 361 ASDCP::PCM::MXFReader::DumpHeaderMetadata(FILE* stream) const
 362 {
 363   if ( m_Reader && m_Reader->m_File.IsOpen() )
 364     m_Reader->m_HeaderPart.Dump(stream);
 365 }
 366
 367
 368 //
 369 void
 370 ASDCP::PCM::MXFReader::DumpIndex(FILE* stream) const
 371 {
 372   if ( m_Reader->m_File.IsOpen() )
 373     m_Reader->m_FooterPart.Dump(stream);
 374 }
 375
 376
 377 //------------------------------------------------------------------------------------------
 378
 379 //
 380 class ASDCP::PCM::MXFWriter::h__Writer : public ASDCP::h__Writer
 381 {
 382   ASDCP_NO_COPY_CONSTRUCT(h__Writer);
 383   h__Writer();
 384
 385 public:
 386   AudioDescriptor m_ADesc;
 387   byte_t          m_EssenceUL[SMPTE_UL_LENGTH];
 388
 389   h__Writer(const Dictionary& d) : ASDCP::h__Writer(d) {
 390     memset(m_EssenceUL, 0, SMPTE_UL_LENGTH);
 391   }
 392
 393   ~h__Writer(){}
 394
 395   Result_t OpenWrite(const char*, ui32_t HeaderSize);
 396   Result_t SetSourceStream(const AudioDescriptor&);
 397   Result_t WriteFrame(const FrameBuffer&, AESEncContext* = 0, HMACContext* = 0);
 398   Result_t Finalize();
 399 };
 400
 401
 402
 403 // Open the file for writing. The file must not exist. Returns error if
 404 // the operation cannot be completed.
 405 ASDCP::Result_t
 406 ASDCP::PCM::MXFWriter::h__Writer::OpenWrite(const char* filename, ui32_t HeaderSize)
 407 {
 408   if ( ! m_State.Test_BEGIN() )
 409     return RESULT_STATE;
 410
 411   Result_t result = m_File.OpenWrite(filename);
 412
 413   if ( ASDCP_SUCCESS(result) )
 414     {
 415       m_HeaderSize = HeaderSize;
 416       m_EssenceDescriptor = new WaveAudioDescriptor(m_Dict);
 417       result = m_State.Goto_INIT();
 418     }
 419
 420   return result;
 421 }
 422
 423
 424 // Automatically sets the MXF file's metadata from the WAV parser info.
 425 ASDCP::Result_t
 426 ASDCP::PCM::MXFWriter::h__Writer::SetSourceStream(const AudioDescriptor& ADesc)
 427 {
 428   if ( ! m_State.Test_INIT() )
 429     return RESULT_STATE;
 430
 431   if ( ADesc.EditRate != EditRate_24
 432        && ADesc.EditRate != EditRate_25
 433        && ADesc.EditRate != EditRate_30
 434        && ADesc.EditRate != EditRate_48
 435        && ADesc.EditRate != EditRate_50
 436        && ADesc.EditRate != EditRate_60
 437        && ADesc.EditRate != EditRate_23_98 )
 438     {
 439       DefaultLogSink().Error("AudioDescriptor.EditRate is not a supported value: %d/%d\n",
 440                              ADesc.EditRate.Numerator, ADesc.EditRate.Denominator);
 441       return RESULT_RAW_FORMAT;
 442     }
 443
 444   if ( ADesc.AudioSamplingRate != SampleRate_48k && ADesc.AudioSamplingRate != SampleRate_96k )
 445     {
 446       DefaultLogSink().Error("AudioDescriptor.AudioSamplingRate is not 48000/1 or 96000/1: %d/%d\n",
 447                              ADesc.AudioSamplingRate.Numerator, ADesc.AudioSamplingRate.Denominator);
 448       return RESULT_RAW_FORMAT;
 449     }
 450
 451   assert(m_Dict);
 452   m_ADesc = ADesc;
 453
 454   Result_t result = PCM_ADesc_to_MD(m_ADesc, (WaveAudioDescriptor*)m_EssenceDescriptor);
 455
 456   if ( ASDCP_SUCCESS(result) )
 457     {
 458       memcpy(m_EssenceUL, m_Dict->ul(MDD_WAVEssence), SMPTE_UL_LENGTH);
 459       m_EssenceUL[SMPTE_UL_LENGTH-1] = 1; // first (and only) essence container
 460       result = m_State.Goto_READY();
 461     }
 462
 463   if ( ASDCP_SUCCESS(result) )
 464     {
 465       ui32_t TCFrameRate = ( m_ADesc.EditRate == EditRate_23_98  ) ? 24 : m_ADesc.EditRate.Numerator;
 466
 467       result = WriteMXFHeader(PCM_PACKAGE_LABEL, UL(m_Dict->ul(MDD_WAVWrapping)),
 468                               SOUND_DEF_LABEL, UL(m_EssenceUL), UL(m_Dict->ul(MDD_SoundDataDef)),
 469                               m_ADesc.EditRate, TCFrameRate, calc_CBR_frame_size(m_Info, m_ADesc));
 470     }
 471
 472   return result;
 473 }
 474
 475
 476 //
 477 //
 478 ASDCP::Result_t
 479 ASDCP::PCM::MXFWriter::h__Writer::WriteFrame(const FrameBuffer& FrameBuf, AESEncContext* Ctx,
 480                                              HMACContext* HMAC)
 481 {
 482   Result_t result = RESULT_OK;
 483
 484   if ( m_State.Test_READY() )
 485     result = m_State.Goto_RUNNING(); // first time through
 486
 487   if ( ASDCP_SUCCESS(result) )
 488     result = WriteEKLVPacket(FrameBuf, m_EssenceUL, Ctx, HMAC);
 489
 490   if ( ASDCP_SUCCESS(result) )
 491     m_FramesWritten++;
 492
 493   return result;
 494 }
 495
 496 // Closes the MXF file, writing the index and other closing information.
 497 //
 498 ASDCP::Result_t
 499 ASDCP::PCM::MXFWriter::h__Writer::Finalize()
 500 {
 501   if ( ! m_State.Test_RUNNING() )
 502     return RESULT_STATE;
 503
 504   m_State.Goto_FINAL();
 505
 506   return WriteMXFFooter();
 507 }
 508
 509
 510 //------------------------------------------------------------------------------------------
 511 //
 512
 513
 514
 515 ASDCP::PCM::MXFWriter::MXFWriter()
 516 {
 517 }
 518
 519 ASDCP::PCM::MXFWriter::~MXFWriter()
 520 {
 521 }
 522
 523
 524 // Open the file for writing. The file must not exist. Returns error if
 525 // the operation cannot be completed.
 526 ASDCP::Result_t
 527 ASDCP::PCM::MXFWriter::OpenWrite(const char* filename, const WriterInfo& Info,
 528                                  const AudioDescriptor& ADesc, ui32_t HeaderSize)
 529 {
 530   if ( Info.LabelSetType == LS_MXF_SMPTE )
 531     m_Writer = new h__Writer(DefaultSMPTEDict());
 532   else
 533     m_Writer = new h__Writer(DefaultInteropDict());
 534
 535   m_Writer->m_Info = Info;
 536
 537   Result_t result = m_Writer->OpenWrite(filename, HeaderSize);
 538
 539   if ( ASDCP_SUCCESS(result) )
 540     result = m_Writer->SetSourceStream(ADesc);
 541
 542   if ( ASDCP_FAILURE(result) )
 543     m_Writer.release();
 544
 545   return result;
 546 }
 547
 548 // Writes a frame of essence to the MXF file. If the optional AESEncContext
 549 // argument is present, the essence is encrypted prior to writing.
 550 // Fails if the file is not open, is finalized, or an operating system
 551 // error occurs.
 552 ASDCP::Result_t
 553 ASDCP::PCM::MXFWriter::WriteFrame(const FrameBuffer& FrameBuf, AESEncContext* Ctx, HMACContext* HMAC)
 554 {
 555   if ( m_Writer.empty() )
 556     return RESULT_INIT;
 557
 558   return m_Writer->WriteFrame(FrameBuf, Ctx, HMAC);
 559 }
 560
 561 // Closes the MXF file, writing the index and other closing information.
 562 ASDCP::Result_t
 563 ASDCP::PCM::MXFWriter::Finalize()
 564 {
 565   if ( m_Writer.empty() )
 566     return RESULT_INIT;
 567
 568   return m_Writer->Finalize();
 569 }
 570
 571 //
 572 // end AS_DCP_PCM.cpp
 573 //
 574