add bytes_left() to NAPacketiser so its internal buffer size can be monitored
[nihav.git] / nihav-core / src / codecs / mod.rs
index 9aced0763beeb6758e9f3b50cce65599a055c640..b6a1820d6bcf6bb87b3c9cad6f0c41aea7af6dc4 100644 (file)
@@ -3,6 +3,8 @@ pub use crate::frame::*;
 use crate::io::byteio::ByteIOError;
 use crate::io::bitreader::BitReaderError;
 use crate::io::codebook::CodebookError;
+pub use crate::options::*;
+pub use std::str::FromStr;
 
 /// A list specifying general decoding errors.
 #[derive(Debug,Clone,Copy,PartialEq)]
@@ -16,6 +18,8 @@ pub enum DecoderError {
     TryAgain,
     /// Invalid input data was provided.
     InvalidData,
+    /// Checksum verification failed.
+    ChecksumError,
     /// Provided input turned out to be incomplete.
     ShortData,
     /// Decoder could not decode provided frame because it references some missing previous frame.
@@ -76,7 +80,7 @@ impl Default for NADecoderSupport {
 }
 
 /// Decoder trait.
-pub trait NADecoder {
+pub trait NADecoder: NAOptionHandler {
     /// Initialises the decoder.
     ///
     /// It takes [`NADecoderSupport`] allocated by the caller and `NACodecInfoRef` provided by demuxer.
@@ -89,7 +93,7 @@ pub trait NADecoder {
     fn flush(&mut self);
 }
 
-/// Decoder information using during creating a decoder for requested codec.
+/// Decoder information used during creating a decoder for requested codec.
 #[derive(Clone,Copy)]
 pub struct DecoderInfo {
     /// Short decoder name.
@@ -100,7 +104,7 @@ pub struct DecoderInfo {
 
 /// Structure for registering known decoders.
 ///
-/// It is supposed to be filled using `register_all_codecs()` from some decoders crate and then it can be used to create decoders for the requested codecs.
+/// It is supposed to be filled using `register_all_decoders()` from some decoders crate and then it can be used to create decoders for the requested codecs.
 #[derive(Default)]
 pub struct RegisteredDecoders {
     decs:   Vec<DecoderInfo>,
@@ -129,3 +133,289 @@ impl RegisteredDecoders {
         self.decs.iter()
     }
 }
+
+/// Frame skipping mode for decoders.
+#[derive(Clone,Copy,PartialEq,Debug)]
+pub enum FrameSkipMode {
+    /// Decode all frames.
+    None,
+    /// Decode all key frames.
+    KeyframesOnly,
+    /// Decode only intra frames.
+    IntraOnly,
+}
+
+impl Default for FrameSkipMode {
+    fn default() -> Self {
+        FrameSkipMode::None
+    }
+}
+
+impl FromStr for FrameSkipMode {
+    type Err = DecoderError;
+
+    fn from_str(s: &str) -> Result<Self, Self::Err> {
+        match s {
+            FRAME_SKIP_OPTION_VAL_NONE      => Ok(FrameSkipMode::None),
+            FRAME_SKIP_OPTION_VAL_KEYFRAME  => Ok(FrameSkipMode::KeyframesOnly),
+            FRAME_SKIP_OPTION_VAL_INTRA     => Ok(FrameSkipMode::IntraOnly),
+            _ => Err(DecoderError::InvalidData),
+        }
+    }
+}
+
+impl ToString for FrameSkipMode {
+    fn to_string(&self) -> String {
+        match *self {
+            FrameSkipMode::None             => FRAME_SKIP_OPTION_VAL_NONE.to_string(),
+            FrameSkipMode::KeyframesOnly    => FRAME_SKIP_OPTION_VAL_KEYFRAME.to_string(),
+            FrameSkipMode::IntraOnly        => FRAME_SKIP_OPTION_VAL_INTRA.to_string(),
+        }
+    }
+}
+
+/// A list specifying general encoding errors.
+#[derive(Debug,Clone,Copy,PartialEq)]
+#[allow(dead_code)]
+pub enum EncoderError {
+    /// No frame was provided.
+    NoFrame,
+    /// Allocation failed.
+    AllocError,
+    /// Operation requires repeating.
+    TryAgain,
+    /// Input format is not supported by codec.
+    FormatError,
+    /// Invalid input parameters were provided.
+    InvalidParameters,
+    /// Feature is not implemented.
+    NotImplemented,
+    /// Some bug in encoder. It should not happen yet it might.
+    Bug,
+}
+
+/// A specialised `Result` type for decoding operations.
+pub type EncoderResult<T> = Result<T, EncoderError>;
+
+impl From<ByteIOError> for EncoderError {
+    fn from(_: ByteIOError) -> Self { EncoderError::Bug }
+}
+
+impl From<AllocatorError> for EncoderError {
+    fn from(_: AllocatorError) -> Self { EncoderError::AllocError }
+}
+
+/// Encoding parameter flag to force constant bitrate mode.
+pub const ENC_MODE_CBR: u64 = 1 << 0;
+/// Encoding parameter flag to force constant framerate mode.
+pub const ENC_MODE_CFR: u64 = 1 << 1;
+
+/// Encoding parameters.
+#[derive(Clone,Copy,PartialEq)]
+pub struct EncodeParameters {
+    /// Input format.
+    pub format:     NACodecTypeInfo,
+    /// Time base numerator. Ignored for audio.
+    pub tb_num:     u32,
+    /// Time base denominator. Ignored for audio.
+    pub tb_den:     u32,
+    /// Bitrate in kilobits per second.
+    pub bitrate:    u32,
+    /// A collection of various boolean encoder settings like CBR mode.
+    ///
+    /// See `ENC_MODE_*` constants for available options.
+    pub flags:      u64,
+    /// Encoding quality.
+    pub quality:    u8,
+}
+
+impl Default for EncodeParameters {
+    fn default() -> EncodeParameters {
+        EncodeParameters {
+            format:     NACodecTypeInfo::None,
+            tb_num:     0,
+            tb_den:     0,
+            bitrate:    0,
+            flags:      0,
+            quality:    0,
+        }
+    }
+}
+
+/// Encoder trait.
+///
+/// Overall encoding is more complex than decoding.
+/// There are at least two issues that should be addressed: input format and the need for lookahead.
+///
+/// Some formats (like MPEG-1 ones) have fixed picture dimensions and framerate, or sampling rate.
+/// Some formats accept only pictures with dimensions being multiple of eight or sixteen.
+/// Some audio formats work only with monaural sound.
+/// In order to account for all this user first needs to check whether encoder can handle provided input format as is or some conversion is required.
+/// That is why `NAEncoder` has [`negotiate_format`] function that performs such check and returns what encoder can handle.
+///
+/// Additionally, encoders for complex formats often need several frames lookahead to encode data efficiently, actual frame encoding may take place only when some frames are accumulated.
+/// That is why encoder has two functions, one for queueing frames for encoding and one for obtaining encoded packets when they are available.
+/// In result encoder should first queue a frame for encoding with [`encode`] and then retrieve zero or more encoded packets with [`get_packet`] in a loop.
+///
+/// Overall encoding loop should look like this:
+/// ```ignore
+/// let encoder = ...; // create encoder
+/// let enc_params = encoder.negotiate_format(input_enc_params)?; // negotiate format
+/// let output_stream = encoder.init(stream_no, enc_params)?;
+/// while let Some(frame) = queue.get_frame() {
+///     // convert to the format encoder expects if required
+///     encoder.encode(frame)?;
+///     while let Ok(enc_pkt) = encoder.get_packet()? {
+///         // send encoded packet to a muxer for example
+///     }
+/// }
+/// // retrieve the rest of encoded packets
+/// encoder.flush()?;
+/// while let Ok(enc_pkt) = encoder.get_packet()? {
+///     // send encoded packet to a muxer for example
+/// }
+/// ```
+///
+/// [`negotiate_format`]: ./trait.NAEncoder.html#tymethod.negotiate_format
+/// [`encode`]: ./trait.NAEncoder.html#tymethod.encode
+/// [`get_packet`]: ./trait.NAEncoder.html#tymethod.get_packet
+pub trait NAEncoder: NAOptionHandler {
+    /// Tries to negotiate input format.
+    ///
+    /// This function takes input encoding parameters and returns adjusted encoding parameters if input ones make sense.
+    /// If input parameters are empty then the default parameters are returned.
+    ///
+    /// # Example
+    /// ```ignore
+    /// let enc_params = [ EncodeParameters {...}, ..., EncodeParameters::default() ];
+    /// let mut target_params = EncodeParameters::default();
+    /// for params in enc_params.iter() {
+    ///     if let Ok(dparams) = encoder.negotiate_format(params) {
+    ///         target_params = dparams;
+    ///         break;
+    ///     }
+    /// }
+    /// // since negotiate_format(EncodeParameters::default()) will return a valid format, target_params should be valid here
+    /// let stream = encoder.init(stream_id, target_params)?;
+    /// // convert input into format defined in target_params, feed to the encoder, ...
+    /// ```
+    fn negotiate_format(&self, encinfo: &EncodeParameters) -> EncoderResult<EncodeParameters>;
+    /// Initialises the encoder.
+    fn init(&mut self, stream_id: u32, encinfo: EncodeParameters) -> EncoderResult<NAStreamRef>;
+    /// Takes a single frame for encoding.
+    fn encode(&mut self, frm: &NAFrame) -> EncoderResult<()>;
+    /// Returns encoded packet if available.
+    fn get_packet(&mut self) -> EncoderResult<Option<NAPacket>>;
+    /// Tells encoder to encode all data it currently has.
+    fn flush(&mut self) -> EncoderResult<()>;
+}
+
+/// Encoder information used during creating an encoder for requested codec.
+#[derive(Clone,Copy)]
+pub struct EncoderInfo {
+    /// Short encoder name.
+    pub name: &'static str,
+    /// The function that creates an encoder instance.
+    pub get_encoder: fn () -> Box<dyn NAEncoder + Send>,
+}
+
+/// Structure for registering known encoders.
+///
+/// It is supposed to be filled using `register_all_decoders()` from some encoders crate and then it can be used to create encoders for the requested codecs.
+#[derive(Default)]
+pub struct RegisteredEncoders {
+    encs:   Vec<EncoderInfo>,
+}
+
+impl RegisteredEncoders {
+    /// Constructs a new instance of `RegisteredEncoders`.
+    pub fn new() -> Self {
+        Self { encs: Vec::new() }
+    }
+    /// Adds another encoder to the registry.
+    pub fn add_encoder(&mut self, enc: EncoderInfo) {
+        self.encs.push(enc);
+    }
+    /// Searches for the encoder for the provided name and returns a function for creating it on success.
+    pub fn find_encoder(&self, name: &str) -> Option<fn () -> Box<dyn NAEncoder + Send>> {
+        for &enc in self.encs.iter() {
+            if enc.name == name {
+                return Some(enc.get_encoder);
+            }
+        }
+        None
+    }
+    /// Provides an iterator over currently registered encoders.
+    pub fn iter(&self) -> std::slice::Iter<EncoderInfo> {
+        self.encs.iter()
+    }
+}
+
+/// Trait for packetisers (objects that form full packets from raw stream data).
+pub trait NAPacketiser {
+    /// Queues new raw stream data for parsing.
+    ///
+    /// Returns false is the internal buffer grows too large.
+    fn add_data(&mut self, src: &[u8]) -> bool;
+    /// Tries to retrieve stream information from the data.
+    ///
+    /// Returns [`NAStream`] reference on success (with stream ID set to `id`), [`ShortData`] when there is not enough data to parse the headers and other errors in case there was an error parsing the data.
+    ///
+    /// [`NAStream`]: ../frame/struct.NAStream.html
+    /// [`ShortData`]: ./enum.DecoderError.html#variant.ShortData
+    fn parse_stream(&mut self, id: u32) -> DecoderResult<NAStreamRef>;
+    /// Tries to discard junk data until the first possible packet header.
+    ///
+    /// Returns the number of bytes skipped.
+    fn skip_junk(&mut self) -> DecoderResult<usize>;
+    /// Tries to form full packet from the already queued data.
+    ///
+    /// The function should be called repeatedly until it returns nothing or an error.
+    fn get_packet(&mut self, stream: NAStreamRef) -> DecoderResult<Option<NAPacket>>;
+    /// Resets the internal buffer.
+    fn reset(&mut self);
+    /// Tells how much data is left in the internal buffer.
+    fn bytes_left(&self) -> usize;
+}
+
+/// Decoder information used during creating a packetiser for requested codec.
+#[derive(Clone,Copy)]
+pub struct PacketiserInfo {
+    /// Short packetiser name.
+    pub name: &'static str,
+    /// The function that creates a packetiser instance.
+    pub get_packetiser: fn () -> Box<dyn NAPacketiser + Send>,
+}
+
+/// Structure for registering known packetisers.
+///
+/// It is supposed to be filled using `register_all_packetisers()` from some decoders crate and then it can be used to create packetisers for the requested codecs.
+#[derive(Default)]
+pub struct RegisteredPacketisers {
+    packs:  Vec<PacketiserInfo>,
+}
+
+impl RegisteredPacketisers {
+    /// Constructs a new instance of `RegisteredPacketisers`.
+    pub fn new() -> Self {
+        Self { packs: Vec::new() }
+    }
+    /// Adds another packetiser to the registry.
+    pub fn add_packetiser(&mut self, pack: PacketiserInfo) {
+        self.packs.push(pack);
+    }
+    /// Searches for the packetiser for the provided name and returns a function for creating it on success.
+    pub fn find_packetiser(&self, name: &str) -> Option<fn () -> Box<dyn NAPacketiser + Send>> {
+        for &pack in self.packs.iter() {
+            if pack.name == name {
+                return Some(pack.get_packetiser);
+            }
+        }
+        None
+    }
+    /// Provides an iterator over currently registered packetiser.
+    pub fn iter(&self) -> std::slice::Iter<PacketiserInfo> {
+        self.packs.iter()
+    }
+}
+