Pro-MPEG Code of Practice #3 release 2 forward error correction for rtp_mpegts streams Signed-off-by: Vlad Tarca <vtarca@mobibase.com> Signed-off-by: Michael Niedermayer <michael@niedermayer.cc>pull/241/head
Vlad Tarca
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/*
|
||||
* Pro-MPEG Code of Practice #3 Release 2 FEC |
||||
* Copyright (c) 2016 Mobibase, France (http://www.mobibase.com)
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* |
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* This file is part of FFmpeg. |
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* |
||||
* FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or |
||||
* modify it under the terms of the GNU Lesser General Public |
||||
* License as published by the Free Software Foundation; either |
||||
* version 2.1 of the License, or (at your option) any later version. |
||||
* |
||||
* FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful, |
||||
* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of |
||||
* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU |
||||
* Lesser General Public License for more details. |
||||
* |
||||
* You should have received a copy of the GNU Lesser General Public |
||||
* License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software |
||||
* Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA |
||||
*/ |
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|
||||
/**
|
||||
* @file |
||||
* Pro-MPEG Code of Practice #3 Release 2 FEC protocol |
||||
* @author Vlad Tarca <vlad.tarca@gmail.com> |
||||
*/ |
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||||
/*
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||||
* Reminder: |
||||
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||||
[RFC 2733] FEC Packet Structure |
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| RTP Header | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| FEC Header | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| FEC Payload | |
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| | |
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
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|
||||
|
||||
[RFC 3550] RTP header |
||||
|
||||
0 1 2 3 |
||||
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
|V=2|P|X| CC |M| PT | sequence number | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| timestamp | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| synchronization source (SSRC) identifier | |
||||
+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ |
||||
| contributing source (CSRC) identifiers | |
||||
| .... | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
|
||||
[RFC 3550] RTP header extension (after CSRC) |
||||
|
||||
0 1 2 3 |
||||
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| defined by profile | length | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| header extension | |
||||
| .... | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
|
||||
[Pro-MPEG COP3] FEC Header |
||||
|
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| SNBase low bits | length recovery | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
|E| PT recovery | mask | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
| TS recovery | |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
|X|D|type |index| offset | NA |SNBase ext bits| |
||||
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
||||
|
||||
*/ |
||||
|
||||
#include "libavutil/avstring.h" |
||||
#include "libavutil/intreadwrite.h" |
||||
#include "libavutil/opt.h" |
||||
#include "libavutil/parseutils.h" |
||||
#include "libavutil/random_seed.h" |
||||
#include "avformat.h" |
||||
#include "config.h" |
||||
#include "url.h" |
||||
|
||||
#define PROMPEG_RTP_PT 0x60 |
||||
#define PROMPEG_FEC_COL 0x0 |
||||
#define PROMPEG_FEC_ROW 0x1 |
||||
|
||||
typedef struct PrompegFec { |
||||
uint16_t sn; |
||||
uint32_t ts; |
||||
uint8_t *bitstring; |
||||
} PrompegFec; |
||||
|
||||
typedef struct PrompegContext { |
||||
const AVClass *class; |
||||
URLContext *fec_col_hd, *fec_row_hd; |
||||
PrompegFec **fec_arr, **fec_col_tmp, **fec_col, *fec_row; |
||||
int ttl; |
||||
uint8_t l, d; |
||||
uint8_t *rtp_buf; |
||||
uint16_t rtp_col_sn, rtp_row_sn; |
||||
uint16_t length_recovery; |
||||
int packet_size; |
||||
int packet_idx, packet_idx_max; |
||||
int fec_arr_len; |
||||
int bitstring_size; |
||||
int rtp_buf_size; |
||||
int init; |
||||
int first; |
||||
} PrompegContext; |
||||
|
||||
#define OFFSET(x) offsetof(PrompegContext, x) |
||||
#define E AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM |
||||
|
||||
static const AVOption options[] = { |
||||
{ "ttl", "Time to live (in milliseconds, multicast only)", OFFSET(ttl), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, INT_MAX, .flags = E }, |
||||
{ "l", "FEC L", OFFSET(l), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 5 }, 4, 20, .flags = E }, |
||||
{ "d", "FEC D", OFFSET(d), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 5 }, 4, 20, .flags = E }, |
||||
{ NULL } |
||||
}; |
||||
|
||||
static const AVClass prompeg_class = { |
||||
.class_name = "prompeg", |
||||
.item_name = av_default_item_name, |
||||
.option = options, |
||||
.version = LIBAVUTIL_VERSION_INT, |
||||
}; |
||||
|
||||
static void xor_fast(const uint8_t *in1, const uint8_t *in2, uint8_t *out, int size) { |
||||
int i, n, s; |
||||
|
||||
#if HAVE_FAST_64BIT |
||||
uint64_t v1, v2; |
||||
|
||||
n = size / sizeof (uint64_t); |
||||
s = n * sizeof (uint64_t); |
||||
|
||||
for (i = 0; i < n; i++) { |
||||
v1 = AV_RN64A(in1); |
||||
v2 = AV_RN64A(in2); |
||||
AV_WN64A(out, v1 ^ v2); |
||||
in1 += 8; |
||||
in2 += 8; |
||||
out += 8; |
||||
} |
||||
#else |
||||
uint32_t v1, v2; |
||||
|
||||
n = size / sizeof (uint32_t); |
||||
s = n * sizeof (uint32_t); |
||||
|
||||
for (i = 0; i < n; i++) { |
||||
v1 = AV_RN32A(in1); |
||||
v2 = AV_RN32A(in2); |
||||
AV_WN32A(out, v1 ^ v2); |
||||
in1 += 4; |
||||
in2 += 4; |
||||
out += 4; |
||||
} |
||||
#endif |
||||
|
||||
n = size - s; |
||||
|
||||
for (i = 0; i < n; i++) { |
||||
out[i] = in1[i] ^ in2[i]; |
||||
} |
||||
} |
||||
|
||||
static int prompeg_create_bitstring(URLContext *h, const uint8_t *buf, int size, |
||||
uint8_t **bitstring) { |
||||
PrompegContext *s = h->priv_data; |
||||
uint8_t *b; |
||||
|
||||
if (size < 12 || (buf[0] & 0xc0) != 0x80 || (buf[1] & 0x7f) != 0x21) { |
||||
av_log(h, AV_LOG_ERROR, "Unsupported stream format (expected MPEG-TS over RTP)\n"); |
||||
return AVERROR(EINVAL); |
||||
} |
||||
if (size != s->packet_size) { |
||||
av_log(h, AV_LOG_ERROR, "The RTP packet size must be constant (set pkt_size)\n"); |
||||
return AVERROR(EINVAL); |
||||
} |
||||
|
||||
*bitstring = av_malloc(s->bitstring_size); |
||||
if (!*bitstring) { |
||||
av_log(h, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate the bitstring buffer\n"); |
||||
return AVERROR(ENOMEM); |
||||
} |
||||
b = *bitstring; |
||||
|
||||
// P, X, CC
|
||||
b[0] = buf[0] & 0x3f; |
||||
// M, PT
|
||||
b[1] = buf[1]; |
||||
// Timestamp
|
||||
b[2] = buf[4]; |
||||
b[3] = buf[5]; |
||||
b[4] = buf[6]; |
||||
b[5] = buf[7]; |
||||
/*
|
||||
* length_recovery: the unsigned network-ordered sum of lengths of CSRC, |
||||
* padding, extension and media payload |
||||
*/ |
||||
AV_WB16(b + 6, s->length_recovery); |
||||
// Payload
|
||||
memcpy(b + 8, buf + 12, s->length_recovery); |
||||
|
||||
return 0; |
||||
} |
||||
|
||||
static int prompeg_write_fec(URLContext *h, PrompegFec *fec, uint8_t type) { |
||||
PrompegContext *s = h->priv_data; |
||||
URLContext *hd; |
||||
uint8_t *buf = s->rtp_buf; // zero-filled
|
||||
uint8_t *b = fec->bitstring; |
||||
uint16_t sn; |
||||
int ret; |
||||
|
||||
sn = type == PROMPEG_FEC_COL ? ++s->rtp_col_sn : ++s->rtp_row_sn; |
||||
|
||||
// V, P, X, CC
|
||||
buf[0] = 0x80 | (b[0] & 0x3f); |
||||
// M, PT
|
||||
buf[1] = (b[1] & 0x80) | PROMPEG_RTP_PT; |
||||
// SN
|
||||
AV_WB16(buf + 2, sn); |
||||
// TS
|
||||
AV_WB32(buf + 4, fec->ts); |
||||
// CSRC=0
|
||||
//AV_WB32(buf + 8, 0);
|
||||
// SNBase low bits
|
||||
AV_WB16(buf + 12, fec->sn); |
||||
// Length recovery
|
||||
buf[14] = b[6]; |
||||
buf[15] = b[7]; |
||||
// E=1, PT recovery
|
||||
buf[16] = 0x80 | b[1]; |
||||
// Mask=0
|
||||
//buf[17] = 0x0;
|
||||
//buf[18] = 0x0;
|
||||
//buf[19] = 0x0;
|
||||
// TS recovery
|
||||
buf[20] = b[2]; |
||||
buf[21] = b[3]; |
||||
buf[22] = b[4]; |
||||
buf[23] = b[5]; |
||||
// X=0, D, type=0, index=0
|
||||
buf[24] = type == PROMPEG_FEC_COL ? 0x0 : 0x40; |
||||
// offset
|
||||
buf[25] = type == PROMPEG_FEC_COL ? s->l : 0x1; |
||||
// NA
|
||||
buf[26] = type == PROMPEG_FEC_COL ? s->d : s->l; |
||||
// SNBase ext bits=0
|
||||
//buf[27] = 0x0;
|
||||
// Payload
|
||||
memcpy(buf + 28, b + 8, s->length_recovery); |
||||
|
||||
hd = type == PROMPEG_FEC_COL ? s->fec_col_hd : s->fec_row_hd; |
||||
ret = ffurl_write(hd, buf, s->rtp_buf_size); |
||||
return ret; |
||||
} |
||||
|
||||
static int prompeg_open(URLContext *h, const char *uri, int flags) { |
||||
PrompegContext *s = h->priv_data; |
||||
AVDictionary *udp_opts = NULL; |
||||
int rtp_port; |
||||
char hostname[256]; |
||||
char buf[1024]; |
||||
|
||||
s->fec_col_hd = NULL; |
||||
s->fec_row_hd = NULL; |
||||
|
||||
if (s->l * s->d > 100) { |
||||
av_log(h, AV_LOG_ERROR, "L * D must be <= 100\n"); |
||||
return AVERROR(EINVAL); |
||||
} |
||||
|
||||
av_url_split(NULL, 0, NULL, 0, hostname, sizeof (hostname), &rtp_port, |
||||
NULL, 0, uri); |
||||
|
||||
if (rtp_port < 1 || rtp_port > UINT16_MAX - 4) { |
||||
av_log(h, AV_LOG_ERROR, "Invalid RTP base port %d\n", rtp_port); |
||||
return AVERROR(EINVAL); |
||||
} |
||||
|
||||
if (s->ttl > 0) { |
||||
snprintf(buf, sizeof (buf), "%d", s->ttl); |
||||
av_dict_set(&udp_opts, "ttl", buf, 0); |
||||
} |
||||
|
||||
ff_url_join(buf, sizeof (buf), "udp", NULL, hostname, rtp_port + 2, NULL); |
||||
if (ffurl_open_whitelist(&s->fec_col_hd, buf, flags, &h->interrupt_callback, |
||||
&udp_opts, h->protocol_whitelist, h->protocol_blacklist, h) < 0) |
||||
goto fail; |
||||
ff_url_join(buf, sizeof (buf), "udp", NULL, hostname, rtp_port + 4, NULL); |
||||
if (ffurl_open_whitelist(&s->fec_row_hd, buf, flags, &h->interrupt_callback, |
||||
&udp_opts, h->protocol_whitelist, h->protocol_blacklist, h) < 0) |
||||
goto fail; |
||||
|
||||
h->max_packet_size = s->fec_col_hd->max_packet_size; |
||||
s->init = 1; |
||||
|
||||
av_dict_free(&udp_opts); |
||||
av_log(h, AV_LOG_INFO, "ProMPEG CoP#3-R2 FEC L=%d D=%d\n", s->l, s->d); |
||||
return 0; |
||||
|
||||
fail: |
||||
ffurl_closep(&s->fec_col_hd); |
||||
ffurl_closep(&s->fec_row_hd); |
||||
av_dict_free(&udp_opts); |
||||
return AVERROR(EIO); |
||||
} |
||||
|
||||
static int prompeg_init(URLContext *h, const uint8_t *buf, int size) { |
||||
PrompegContext *s = h->priv_data; |
||||
uint32_t seed; |
||||
int i; |
||||
|
||||
s->fec_arr = NULL; |
||||
s->rtp_buf = NULL; |
||||
|
||||
if (size < 12 || size > UINT16_MAX + 12) { |
||||
av_log(h, AV_LOG_ERROR, "Invalid RTP packet size\n"); |
||||
return AVERROR_INVALIDDATA; |
||||
} |
||||
|
||||
s->packet_idx = 0; |
||||
s->packet_idx_max = s->l * s->d; |
||||
s->packet_size = size; |
||||
s->length_recovery = size - 12; |
||||
s->rtp_buf_size = 28 + s->length_recovery; // 12 + 16: RTP + FEC headers
|
||||
s->bitstring_size = 8 + s->length_recovery; // 8: P, X, CC, M, PT, SN, TS
|
||||
s->fec_arr_len = 1 + 2 * s->l; // row + column tmp + column out
|
||||
|
||||
if (h->flags & AVFMT_FLAG_BITEXACT) { |
||||
s->rtp_col_sn = 0; |
||||
s->rtp_row_sn = 0; |
||||
} else { |
||||
seed = av_get_random_seed(); |
||||
s->rtp_col_sn = seed & 0x0fff; |
||||
s->rtp_row_sn = (seed >> 16) & 0x0fff; |
||||
} |
||||
|
||||
s->fec_arr = av_malloc_array(s->fec_arr_len, sizeof (PrompegFec*)); |
||||
if (!s->fec_arr) { |
||||
goto fail; |
||||
} |
||||
for (i = 0; i < s->fec_arr_len; i++) { |
||||
s->fec_arr[i] = av_malloc(sizeof (PrompegFec)); |
||||
if (!s->fec_arr[i]) { |
||||
goto fail; |
||||
} |
||||
s->fec_arr[i]->bitstring = av_malloc_array(s->bitstring_size, sizeof (uint8_t)); |
||||
if (!s->fec_arr[i]->bitstring) { |
||||
av_freep(&s->fec_arr[i]); |
||||
goto fail; |
||||
} |
||||
} |
||||
s->fec_row = *s->fec_arr; |
||||
s->fec_col = s->fec_arr + 1; |
||||
s->fec_col_tmp = s->fec_arr + 1 + s->l; |
||||
|
||||
s->rtp_buf = av_malloc_array(s->rtp_buf_size, sizeof (uint8_t)); |
||||
if (!s->rtp_buf) { |
||||
goto fail; |
||||
} |
||||
memset(s->rtp_buf, 0, s->rtp_buf_size); |
||||
|
||||
s->init = 0; |
||||
s->first = 1; |
||||
|
||||
return 0; |
||||
|
||||
fail: |
||||
av_log(h, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate the FEC buffer\n"); |
||||
return AVERROR(ENOMEM); |
||||
} |
||||
|
||||
static int prompeg_write(URLContext *h, const uint8_t *buf, int size) { |
||||
PrompegContext *s = h->priv_data; |
||||
PrompegFec *fec_tmp; |
||||
uint8_t *bitstring = NULL; |
||||
int col_idx, col_out_idx, row_idx; |
||||
int ret, written = 0; |
||||
|
||||
if (s->init && ((ret = prompeg_init(h, buf, size)) < 0)) |
||||
goto end; |
||||
|
||||
if ((ret = prompeg_create_bitstring(h, buf, size, &bitstring)) < 0) |
||||
goto end; |
||||
|
||||
col_idx = s->packet_idx % s->l; |
||||
row_idx = s->packet_idx / s->l % s->d; |
||||
|
||||
// FEC' (row) send block-aligned, xor
|
||||
if (col_idx == 0) { |
||||
if (!s->first || s->packet_idx > 0) { |
||||
if ((ret = prompeg_write_fec(h, s->fec_row, PROMPEG_FEC_ROW)) < 0) |
||||
goto end; |
||||
written += ret; |
||||
} |
||||
memcpy(s->fec_row->bitstring, bitstring, s->bitstring_size); |
||||
s->fec_row->sn = AV_RB16(buf + 2); |
||||
s->fec_row->ts = AV_RB32(buf + 4); |
||||
} else { |
||||
xor_fast(s->fec_row->bitstring, bitstring, s->fec_row->bitstring, |
||||
s->bitstring_size); |
||||
} |
||||
|
||||
// FEC (column) xor
|
||||
if (row_idx == 0) { |
||||
if (!s->first) { |
||||
// swap fec_col and fec_col_tmp
|
||||
fec_tmp = s->fec_col[col_idx]; |
||||
s->fec_col[col_idx] = s->fec_col_tmp[col_idx]; |
||||
s->fec_col_tmp[col_idx] = fec_tmp; |
||||
} |
||||
memcpy(s->fec_col_tmp[col_idx]->bitstring, bitstring, s->bitstring_size); |
||||
s->fec_col_tmp[col_idx]->sn = AV_RB16(buf + 2); |
||||
s->fec_col_tmp[col_idx]->ts = AV_RB32(buf + 4); |
||||
} else { |
||||
xor_fast(s->fec_col_tmp[col_idx]->bitstring, bitstring, |
||||
s->fec_col_tmp[col_idx]->bitstring, s->bitstring_size); |
||||
} |
||||
|
||||
// FEC (column) send block-aligned
|
||||
if (!s->first && s->packet_idx % s->d == 0) { |
||||
col_out_idx = s->packet_idx / s->l; |
||||
if ((ret = prompeg_write_fec(h, s->fec_col[col_out_idx], PROMPEG_FEC_COL)) < 0) |
||||
goto end; |
||||
written += ret; |
||||
} |
||||
|
||||
if (++s->packet_idx >= s->packet_idx_max) { |
||||
s->packet_idx = 0; |
||||
if (s->first) |
||||
s->first = 0; |
||||
} |
||||
|
||||
ret = written; |
||||
|
||||
end: |
||||
av_free(bitstring); |
||||
return ret; |
||||
} |
||||
|
||||
static int prompeg_close(URLContext *h) { |
||||
PrompegContext *s = h->priv_data; |
||||
int i; |
||||
|
||||
ffurl_closep(&s->fec_col_hd); |
||||
ffurl_closep(&s->fec_row_hd); |
||||
|
||||
if (s->fec_arr) { |
||||
for (i = 0; i < s->fec_arr_len; i++) { |
||||
av_free(s->fec_arr[i]->bitstring); |
||||
av_freep(&s->fec_arr[i]); |
||||
} |
||||
av_freep(&s->fec_arr); |
||||
} |
||||
av_freep(&s->rtp_buf); |
||||
|
||||
return 0; |
||||
} |
||||
|
||||
const URLProtocol ff_prompeg_protocol = { |
||||
.name = "prompeg", |
||||
.url_open = prompeg_open, |
||||
.url_write = prompeg_write, |
||||
.url_close = prompeg_close, |
||||
.priv_data_size = sizeof(PrompegContext), |
||||
.flags = URL_PROTOCOL_FLAG_NETWORK, |
||||
.priv_data_class = &prompeg_class, |
||||
}; |
||||
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