git.sesse.net Git - vlc/blob - modules/demux/smf.c

   1 /*****************************************************************************
   2  * smf.c : Standard MIDI File (.mid) demux module for vlc
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright © 2007 Rémi Denis-Courmont
   5  * $Id$
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   8  * under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
   9  * the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
  10  * (at your option) any later version.
  11  *
  12  * This program 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
  15  * GNU Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
  18  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
  19  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston MA 02110-1301, USA.
  20  *****************************************************************************/
  21
  22 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  23 # include "config.h"
  24 #endif
  25
  26 #include <vlc_common.h>
  27 #include <vlc_plugin.h>
  28 #include <vlc_demux.h>
  29 #include <vlc_charset.h>
  30 #include <limits.h>
  31
  32 #include <assert.h>
  33
  34 #define TEMPO_MIN  20
  35 #define TEMPO_MAX 250 /* Beats per minute */
  36
  37 static int  Open  (vlc_object_t *);
  38 static void Close (vlc_object_t *);
  39
  40 vlc_module_begin ()
  41     set_description (N_("SMF demuxer"))
  42     set_category (CAT_INPUT)
  43     set_subcategory (SUBCAT_INPUT_DEMUX)
  44     set_capability ("demux", 20)
  45     set_callbacks (Open, Close)
  46 vlc_module_end ()
  47
  48 static int Demux   (demux_t *);
  49 static int Control (demux_t *, int i_query, va_list args);
  50
  51 typedef struct smf_track_t
  52 {
  53     int64_t  offset; /* Read offset in the file (stream_Tell) */
  54     int64_t  end;    /* End offset in the file */
  55     uint64_t next;   /* Time of next message (in term of pulses) */
  56     uint8_t  running_event; /* Running (previous) event */
  57 } mtrk_t;
  58
  59 static int ReadDeltaTime (stream_t *s, mtrk_t *track);
  60
  61 struct demux_sys_t
  62 {
  63     es_out_id_t *es;
  64     date_t       pts;
  65     uint64_t     pulse; /* Pulses counter */
  66
  67     unsigned     ppqn;   /* Pulses Per Quarter Note */
  68     /* by the way, "quarter note" is "noire" in French */
  69
  70     unsigned     trackc; /* Number of tracks */
  71     mtrk_t       trackv[]; /* Track states */
  72 };
  73
  74 /*****************************************************************************
  75  * Open: check file and initializes structures
  76  *****************************************************************************/
  77 static int Open (vlc_object_t * p_this)
  78 {
  79     demux_t       *p_demux = (demux_t *)p_this;
  80     stream_t      *stream = p_demux->s;
  81     demux_sys_t   *p_sys;
  82     const uint8_t *peek;
  83     unsigned       tracks, ppqn;
  84     bool     multitrack;
  85
  86     /* (Try to) parse the SMF header */
  87     /* Header chunk always has 6 bytes payload */
  88     if (stream_Peek (stream, &peek, 14) < 14)
  89         return VLC_EGENERIC;
  90
  91     /* Skip RIFF MIDI header if present */
  92     if (!memcmp (peek, "RIFF", 4) && !memcmp (peek + 8, "RMID", 4))
  93     {
  94         uint32_t riff_len = GetDWLE (peek + 4);
  95
  96         msg_Dbg (p_this, "detected RIFF MIDI file (%u bytes)",
  97                  (unsigned)riff_len);
  98         if ((stream_Read (stream, NULL, 12) < 12))
  99             return VLC_EGENERIC;
 100
 101         /* Look for the RIFF data chunk */
 102         for (;;)
 103         {
 104             char chnk_hdr[8];
 105             uint32_t chnk_len;
 106
 107             if ((riff_len < 8)
 108              || (stream_Read (stream, chnk_hdr, 8) < 8))
 109                 return VLC_EGENERIC;
 110
 111             riff_len -= 8;
 112             chnk_len = GetDWLE (chnk_hdr + 4);
 113             if (riff_len < chnk_len)
 114                 return VLC_EGENERIC;
 115             riff_len -= chnk_len;
 116
 117             if (!memcmp (chnk_hdr, "data", 4))
 118                 break; /* found! */
 119
 120             if (stream_Read (stream, NULL, chnk_len) < (ssize_t)chnk_len)
 121                 return VLC_EGENERIC;
 122         }
 123
 124         /* Read real SMF header. Assume RIFF data chunk length is proper. */
 125         if (stream_Peek (stream, &peek, 14) < 14)
 126             return VLC_EGENERIC;
 127     }
 128
 129     if (memcmp (peek, "MThd\x00\x00\x00\x06", 8))
 130         return VLC_EGENERIC;
 131     peek += 8;
 132
 133     /* First word: SMF type */
 134     switch (GetWBE (peek))
 135     {
 136         case 0:
 137             multitrack = false;
 138             break;
 139         case 1:
 140             multitrack = true;
 141             break;
 142         default:
 143             /* We don't implement SMF2 (as do many) */
 144             msg_Err (p_this, "unsupported SMF file type %u", GetWBE (peek));
 145             return VLC_EGENERIC;
 146     }
 147     peek += 2;
 148
 149     /* Second word: number of tracks */
 150     tracks = GetWBE (peek);
 151     peek += 2;
 152     if (!multitrack && (tracks != 1))
 153     {
 154         msg_Err (p_this, "invalid SMF type 0 file");
 155         return VLC_EGENERIC;
 156     }
 157
 158     msg_Dbg (p_this, "detected Standard MIDI File (type %u) with %u track(s)",
 159              multitrack, tracks);
 160
 161     /* Third/last word: timing */
 162     ppqn = GetWBE (peek);
 163     if (ppqn & 0x8000)
 164     {
 165         /* FIXME */
 166         msg_Err (p_this, "SMPTE timestamps not implemented");
 167         return VLC_EGENERIC;
 168     }
 169     else
 170     {
 171         msg_Dbg (p_this, " %u pulses per quarter note", ppqn);
 172     }
 173
 174     p_sys = malloc (sizeof (*p_sys) + (sizeof (mtrk_t) * tracks));
 175     if (unlikely(p_sys == NULL))
 176         return VLC_ENOMEM;
 177
 178     /* We've had a valid SMF header - now skip it*/
 179     if (stream_Read (stream, NULL, 14) < 14)
 180         goto error;
 181
 182     /* Default SMF tempo is 120BPM, i.e. half a second per quarter note */
 183     date_Init (&p_sys->pts, ppqn * 2, 1);
 184     date_Set (&p_sys->pts, 0);
 185     p_sys->pulse        = 0;
 186     p_sys->ppqn         = ppqn;
 187
 188     p_sys->trackc       = tracks;
 189     /* Prefetch track offsets */
 190     for (unsigned i = 0; i < tracks; i++)
 191     {
 192         uint8_t head[8];
 193
 194         if (i > 0)
 195         {
 196             /* Seeking screws streaming up, but there is no way around this,
 197              * as SMF1 tracks are performed simultaneously.
 198              * Not a big deal as SMF1 are usually only a few kbytes anyway. */
 199             if (stream_Seek (stream, p_sys->trackv[i - 1].end))
 200             {
 201                 msg_Err (p_this, "cannot build SMF index (corrupted file?)");
 202                 goto error;
 203             }
 204         }
 205
 206         for (;;)
 207         {
 208             if (stream_Read (stream, head, 8) < 8)
 209             {
 210                 /* FIXME: don't give up if we have at least one valid track */
 211                 msg_Err (p_this, "incomplete SMF chunk, file is corrupted");
 212                 goto error;
 213             }
 214
 215             if (memcmp (head, "MTrk", 4) == 0)
 216                 break;
 217
 218             msg_Dbg (p_this, "skipping unknown SMF chunk");
 219             stream_Read (stream, NULL, GetDWBE (head + 4));
 220         }
 221
 222         p_sys->trackv[i].offset = stream_Tell (stream);
 223         p_sys->trackv[i].end = p_sys->trackv[i].offset + GetDWBE (head + 4);
 224         p_sys->trackv[i].next = 0;
 225         ReadDeltaTime (stream, p_sys->trackv + i);
 226         p_sys->trackv[i].running_event = 0xF6;
 227         /* Why 0xF6 (Tuning Calibration)?
 228          * Because it has zero bytes of data, so the parser will detect the
 229          * error if the first event uses running status. */
 230     }
 231
 232     es_format_t  fmt;
 233     es_format_Init (&fmt, AUDIO_ES, VLC_CODEC_MIDI);
 234     fmt.audio.i_channels = 2;
 235     fmt.audio.i_rate = 44100; /* dummy value */
 236     p_sys->es = es_out_Add (p_demux->out, &fmt);
 237
 238     p_demux->pf_demux   = Demux;
 239     p_demux->pf_control = Control;
 240     p_demux->p_sys      = p_sys;
 241     return VLC_SUCCESS;
 242
 243 error:
 244     free (p_sys);
 245     return VLC_EGENERIC;
 246 }
 247
 248 /**
 249  * Releases allocate resources.
 250  */
 251 static void Close (vlc_object_t * p_this)
 252 {
 253     demux_t *p_demux = (demux_t *)p_this;
 254     demux_sys_t *p_sys = p_demux->p_sys;
 255
 256     free (p_sys);
 257 }
 258
 259 /**
 260  * Reads MIDI variable length (7, 14, 21 or 28 bits) integer.
 261  * @return read value, or -1 on EOF/error.
 262  */
 263 static int32_t ReadVarInt (stream_t *s)
 264 {
 265     uint32_t val = 0;
 266     uint8_t byte;
 267
 268     for (unsigned i = 0; i < 4; i++)
 269     {
 270         if (stream_Read (s, &byte, 1) < 1)
 271             return -1;
 272
 273         val = (val << 7) | (byte & 0x7f);
 274         if ((byte & 0x80) == 0)
 275             return val;
 276     }
 277
 278     return -1;
 279 }
 280
 281
 282 /**
 283  * Reads (delta) time from the next event of a given track.
 284  * @param s stream to read data from (must be positioned at the right offset)
 285  */
 286 static int ReadDeltaTime (stream_t *s, mtrk_t *track)
 287 {
 288     int32_t delta_time;
 289
 290     assert (stream_Tell (s) == track->offset);
 291
 292     if (track->offset >= track->end)
 293     {
 294         /* This track is done */
 295         track->next = UINT64_MAX;
 296         return 0;
 297     }
 298
 299     delta_time = ReadVarInt (s);
 300     if (delta_time < 0)
 301         return -1;
 302
 303     track->next += delta_time;
 304     track->offset = stream_Tell (s);
 305     return 0;
 306 }
 307
 308
 309 /**
 310  * Non-MIDI Meta events handler
 311  */
 312 static
 313 int HandleMeta (demux_t *p_demux, mtrk_t *tr)
 314 {
 315     stream_t *s = p_demux->s;
 316     demux_sys_t *p_sys = p_demux->p_sys;
 317     uint8_t *payload;
 318     uint8_t type;
 319     int32_t length;
 320     int ret = 0;
 321
 322     if (stream_Read (s, &type, 1) != 1)
 323         return -1;
 324
 325     length = ReadVarInt (s);
 326     if (length < 0)
 327         return -1;
 328
 329     payload = malloc (length + 1);
 330     if ((payload == NULL)
 331      || (stream_Read (s, payload, length) != length))
 332     {
 333         free (payload);
 334         return -1;
 335     }
 336
 337     payload[length] = '\0';
 338
 339     switch (type)
 340     {
 341         case 0x00: /* Sequence Number */
 342             break;
 343
 344         case 0x01: /* Text (comment) */
 345             EnsureUTF8 ((char *)payload);
 346             msg_Info (p_demux, "Text      : %s", (char *)payload);
 347             break;
 348
 349         case 0x02: /* Copyright */
 350             EnsureUTF8 ((char *)payload);
 351             msg_Info (p_demux, "Copyright : %s", (char *)payload);
 352             break;
 353
 354         case 0x03: /* Track name */
 355             EnsureUTF8 ((char *)payload);
 356             msg_Info (p_demux, "Track name: %s", (char *)payload);
 357             break;
 358
 359         case 0x04: /* Instrument name */
 360             EnsureUTF8 ((char *)payload);
 361             msg_Info (p_demux, "Instrument: %s", (char *)payload);
 362             break;
 363
 364         case 0x05: /* Lyric (one syllable) */
 365             /*EnsureUTF8 ((char *)payload);*/
 366             break;
 367
 368         case 0x06: /* Marker text */
 369             EnsureUTF8 ((char *)payload);
 370             msg_Info (p_demux, "Marker    : %s", (char *)payload);
 371
 372         case 0x07: /* Cue point (WAVE filename) */
 373             EnsureUTF8 ((char *)payload);
 374             msg_Info (p_demux, "Cue point : %s", (char *)payload);
 375             break;
 376
 377         case 0x08: /* Program/Patch name */
 378             EnsureUTF8 ((char *)payload);
 379             msg_Info (p_demux, "Patch name: %s", (char *)payload);
 380             break;
 381
 382         case 0x09: /* MIDI port name */
 383             EnsureUTF8 ((char *)payload);
 384             msg_Dbg (p_demux, "MIDI port : %s", (char *)payload);
 385             break;
 386
 387         case 0x2F: /* End of track */
 388             if (tr->end != stream_Tell (s))
 389             {
 390                 msg_Err (p_demux, "misplaced end of track");
 391                 ret = -1;
 392             }
 393             break;
 394
 395         case 0x51: /* Tempo */
 396             if (length == 3)
 397             {
 398                 uint32_t uspqn = (payload[0] << 16)
 399                                | (payload[1] << 8) | payload[2];
 400                 unsigned tempo = 60 * 1000000 / (uspqn ? uspqn : 1);
 401                 msg_Dbg (p_demux, "tempo: %uus/qn -> %u BPM",
 402                          (unsigned)uspqn, tempo);
 403
 404                 if (tempo < TEMPO_MIN)
 405                 {
 406                     msg_Warn (p_demux, "tempo too slow -> %u BPM", TEMPO_MIN);
 407                     tempo = TEMPO_MIN;
 408                 }
 409                 else
 410                 if (tempo > TEMPO_MAX)
 411                 {
 412                     msg_Warn (p_demux, "tempo too fast -> %u BPM", TEMPO_MAX);
 413                     tempo = TEMPO_MAX;
 414                 }
 415                 date_Change (&p_sys->pts, p_sys->ppqn * tempo, 60);
 416             }
 417             else
 418                 ret = -1;
 419             break;
 420
 421         case 0x54: /* SMPTE offset */
 422             if (length == 5)
 423                 msg_Warn (p_demux, "SMPTE offset not implemented");
 424             else
 425                 ret = -1;
 426             break;
 427
 428         case 0x58: /* Time signature */
 429             if (length == 4)
 430                 ;
 431             else
 432                 ret = -1;
 433             break;
 434
 435         case 0x59: /* Key signature */
 436             if (length == 2)
 437                 ;
 438             else
 439                 ret = -1;
 440             break;
 441
 442         case 0x7f: /* Proprietary event */
 443             msg_Dbg (p_demux, "ignored proprietary SMF Meta Event (%d bytes)",
 444                      length);
 445             break;
 446
 447         default:
 448             msg_Warn (p_demux, "unknown SMF Meta Event type 0x%02X (%d bytes)",
 449                       type, length);
 450     }
 451
 452     free (payload);
 453     return ret;
 454 }
 455
 456
 457
 458 static
 459 int HandleMessage (demux_t *p_demux, mtrk_t *tr)
 460 {
 461     stream_t *s = p_demux->s;
 462     block_t *block;
 463     uint8_t first, event;
 464     unsigned datalen;
 465
 466     if (stream_Seek (s, tr->offset)
 467      || (stream_Read (s, &first, 1) != 1))
 468         return -1;
 469
 470     event = (first & 0x80) ? first : tr->running_event;
 471
 472     switch (event & 0xf0)
 473     {
 474         case 0xF0: /* System Exclusive */
 475             switch (event)
 476             {
 477                 case 0xF0: /* System Specific start */
 478                 case 0xF7: /* System Specific continuation */
 479                 {
 480                     /* Variable length followed by SysEx event data */
 481                     int32_t len = ReadVarInt (s);
 482                     if (len == -1)
 483                         return -1;
 484
 485                     block = stream_Block (s, len);
 486                     if (block == NULL)
 487                         return -1;
 488                     block = block_Realloc (block, 1, len);
 489                     if (block == NULL)
 490                         return -1;
 491                     block->p_buffer[0] = event;
 492                     goto send;
 493                 }
 494                 case 0xFF: /* SMF Meta Event */
 495                     if (HandleMeta (p_demux, tr))
 496                         return -1;
 497                     /* We MUST NOT pass this event forward. It would be
 498                      * confused as a MIDI Reset real-time event. */
 499                     goto skip;
 500                 case 0xF1:
 501                 case 0xF3:
 502                     datalen = 1;
 503                     break;
 504                 case 0xF2:
 505                     datalen = 2;
 506                     break;
 507                 case 0xF4:
 508                 case 0xF5:
 509                     /* We cannot handle undefined "common" (non-real-time)
 510                      * events inside SMF, as we cannot differentiate a
 511                      * one byte delta-time (< 0x80) from event data. */
 512                 default:
 513                     datalen = 0;
 514                     break;
 515             }
 516             break;
 517         case 0xC0:
 518         case 0xD0:
 519             datalen = 1;
 520             break;
 521         default:
 522             datalen = 2;
 523             break;
 524     }
 525
 526     /* FIXME: one message per block is very inefficient */
 527     block = block_Alloc (1 + datalen);
 528     if (block == NULL)
 529         goto skip;
 530
 531     block->p_buffer[0] = event;
 532     if (first & 0x80)
 533     {
 534         stream_Read (s, block->p_buffer + 1, datalen);
 535     }
 536     else
 537     {
 538         if (datalen == 0)
 539         {
 540             msg_Err (p_demux, "malformatted MIDI event");
 541             return -1; /* implicit running status requires non-empty payload */
 542         }
 543
 544         block->p_buffer[1] = first;
 545         if (datalen > 1)
 546             stream_Read (s, block->p_buffer + 2, datalen - 1);
 547     }
 548
 549 send:
 550     block->i_dts = block->i_pts = VLC_TS_0 + date_Get (&p_demux->p_sys->pts);
 551     es_out_Send (p_demux->out, p_demux->p_sys->es, block);
 552
 553 skip:
 554     if (event < 0xF8)
 555         /* If event is not real-time, update running status */
 556         tr->running_event = event;
 557
 558     tr->offset = stream_Tell (s);
 559     return 0;
 560 }
 561
 562 /*****************************************************************************
 563  * Demux: read chunks and send them to the synthesizer
 564  *****************************************************************************
 565  * Returns -1 in case of error, 0 in case of EOF, 1 otherwise
 566  *****************************************************************************/
 567 static int Demux (demux_t *p_demux)
 568 {
 569     stream_t *s = p_demux->s;
 570     demux_sys_t *p_sys = p_demux->p_sys;
 571     uint64_t     pulse = p_sys->pulse, next_pulse = UINT64_MAX;
 572
 573     if (pulse == UINT64_MAX)
 574         return 0; /* all tracks are done */
 575
 576     es_out_Control (p_demux->out, ES_OUT_SET_PCR,
 577                     VLC_TS_0 + date_Get (&p_sys->pts));
 578
 579     for (unsigned i = 0; i < p_sys->trackc; i++)
 580     {
 581         mtrk_t *track = p_sys->trackv + i;
 582
 583         while (track->next == pulse)
 584         {
 585             if (HandleMessage (p_demux, track)
 586              || ReadDeltaTime (s, track))
 587             {
 588                 msg_Err (p_demux, "fatal parsing error");
 589                 return VLC_EGENERIC;
 590             }
 591         }
 592
 593         if (track->next < next_pulse)
 594             next_pulse = track->next;
 595     }
 596
 597     mtime_t cur_tick = (date_Get (&p_sys->pts) + 9999) / 10000, last_tick;
 598     if (next_pulse != UINT64_MAX)
 599         last_tick = date_Increment (&p_sys->pts, next_pulse - pulse) / 10000;
 600     else
 601         last_tick = cur_tick + 1;
 602
 603     /* MIDI Tick emulation (ping the decoder every 10ms) */
 604     while (cur_tick < last_tick)
 605     {
 606         block_t *tick = block_Alloc (1);
 607         if (tick == NULL)
 608             break;
 609
 610         tick->p_buffer[0] = 0xF9;
 611         tick->i_dts = tick->i_pts = VLC_TS_0 + cur_tick++ * 10000;
 612         es_out_Send (p_demux->out, p_sys->es, tick);
 613     }
 614
 615     p_sys->pulse = next_pulse;
 616
 617     return 1;
 618 }
 619
 620
 621 /*****************************************************************************
 622  * Control:
 623  *****************************************************************************/
 624 static int Control (demux_t *p_demux, int i_query, va_list args)
 625 {
 626     demux_sys_t *p_sys = p_demux->p_sys;
 627
 628     switch (i_query)
 629     {
 630         case DEMUX_GET_TIME:
 631         {
 632             *(va_arg (args, int64_t *)) = date_Get (&p_sys->pts);
 633             return 0;
 634         }
 635 #if 0
 636         /* TODO: */
 637         case DEMUX_SET_TIME:
 638         case DEMUX_GET_POSITION:
 639         case DEMUX_SET_POSITION:
 640         case DEMUX_GET_LENGTH:
 641 #endif
 642     }
 643     return VLC_EGENERIC;
 644 }