include/FLAC/format.h

   1 /* libFLAC - Free Lossless Audio Codec library
   2  * Copyright (C) 2000,2001  Josh Coalson
   3  *
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  15  * License along with this library; if not, write to the
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  17  * Boston, MA  02111-1307, USA.
  18  */
  19
  20 #ifndef FLAC__FORMAT_H
  21 #define FLAC__FORMAT_H
  22
  23 #include "ordinals.h"
  24
  25 /* changing the following values to be higher will break the framing and hence the stream format, so DON'T! */
  26 #define FLAC__MIN_BLOCK_SIZE (16u)
  27 #define FLAC__MAX_BLOCK_SIZE (65535u)
  28 #define FLAC__MAX_CHANNELS (8u)
  29 #define FLAC__MIN_BITS_PER_SAMPLE (4u)
  30 /*NOTE: only up to 24 because of the current predictor coefficient quantization and the fact we use int32s for all work */
  31 #define FLAC__MAX_BITS_PER_SAMPLE (24u)
  32 /* the following is ((2 ** 20) - 1) div 10 */
  33 #define FLAC__MAX_SAMPLE_RATE (1048570u)
  34 #define FLAC__MAX_LPC_ORDER (32u)
  35 #define FLAC__MIN_QLP_COEFF_PRECISION (5u)
  36 /* changing FLAC__MAX_FIXED_ORDER also means changing all of fixed.c and more, so DON'T! */
  37 #define FLAC__MAX_FIXED_ORDER (4u)
  38 #define FLAC__MAX_RICE_PARTITION_ORDER (15u)
  39
  40 /* VERSION should come from configure */
  41 #ifdef VERSION
  42 #define FLAC__VERSION_STRING VERSION
  43 #else
  44 #define FLAC__VERSION_STRING "0.10"
  45 #endif
  46
  47 extern const byte     FLAC__STREAM_SYNC_STRING[4]; /* = "fLaC" */;
  48 extern const unsigned FLAC__STREAM_SYNC; /* = 0x664C6143 */;
  49 extern const unsigned FLAC__STREAM_SYNC_LEN; /* = 32 bits */;
  50
  51
  52 /*****************************************************************************
  53  *
  54  * NOTE: Within the bitstream, all fixed-width numbers are big-endian coded.
  55  *       All numbers are unsigned unless otherwise noted.
  56  *
  57  *****************************************************************************/
  58
  59
  60 /*****************************************************************************
  61  *
  62  * Subframe structures
  63  *
  64  *****************************************************************************/
  65
  66 /*****************************************************************************/
  67
  68 typedef enum {
  69         FLAC__ENTROPY_CODING_METHOD_PARTITIONED_RICE = 0
  70 } FLAC__EntropyCodingMethodType;
  71 extern const char *FLAC__EntropyCodingMethodTypeString[];
  72
  73 /*****************************************************************************
  74  *
  75  *  4: partition order => (2 ** order) subdivisions
  76  */
  77 typedef struct {
  78         unsigned order;
  79         unsigned parameters[1 << FLAC__MAX_RICE_PARTITION_ORDER];
  80         unsigned raw_bits[1 << FLAC__MAX_RICE_PARTITION_ORDER];
  81 } FLAC__EntropyCodingMethod_PartitionedRice;
  82
  83 extern const unsigned FLAC__ENTROPY_CODING_METHOD_PARTITIONED_RICE_ORDER_LEN; /* = 4 bits */
  84 extern const unsigned FLAC__ENTROPY_CODING_METHOD_PARTITIONED_RICE_PARAMETER_LEN; /* = 4 bits */
  85 extern const unsigned FLAC__ENTROPY_CODING_METHOD_PARTITIONED_RICE_RAW_LEN; /* = 5 bits */
  86
  87 extern const unsigned FLAC__ENTROPY_CODING_METHOD_PARTITIONED_RICE_ESCAPE_PARAMETER; /* = (1<<FLAC__ENTROPY_CODING_METHOD_PARTITIONED_RICE_PARAMETER_LEN)-1 */
  88
  89 /*****************************************************************************
  90  *
  91  *  2: entropy coding method:
  92  *     00: partitioned rice coding
  93  *     01-11: reserved
  94  *  ?: entropy coding method data
  95  */
  96 typedef struct {
  97         FLAC__EntropyCodingMethodType type;
  98         union {
  99                 FLAC__EntropyCodingMethod_PartitionedRice partitioned_rice;
 100         } data;
 101 } FLAC__EntropyCodingMethod;
 102
 103 extern const unsigned FLAC__ENTROPY_CODING_METHOD_TYPE_LEN; /* = 2 bits */
 104
 105 /*****************************************************************************/
 106
 107 typedef enum {
 108         FLAC__SUBFRAME_TYPE_CONSTANT = 0,
 109         FLAC__SUBFRAME_TYPE_VERBATIM = 1,
 110         FLAC__SUBFRAME_TYPE_FIXED = 2,
 111         FLAC__SUBFRAME_TYPE_LPC = 3
 112 } FLAC__SubframeType;
 113 extern const char *FLAC__SubframeTypeString[];
 114
 115 /*****************************************************************************
 116  *
 117  * n: constant value for signal; n = frame's bits-per-sample
 118  */
 119 typedef struct {
 120         int32 value;
 121 } FLAC__Subframe_Constant;
 122
 123 /*****************************************************************************
 124  *
 125  * n*i: unencoded signal; n = frame's bits-per-sample, i = frame's blocksize
 126  */
 127 typedef struct {
 128         const int32 *data;
 129 } FLAC__Subframe_Verbatim;
 130
 131 /*****************************************************************************
 132  *
 133  *  n: unencoded warm-up samples (n = fixed-predictor order * bits per sample)
 134  *  ?: entropy coding method info
 135  *  ?: encoded residual ((blocksize minus fixed-predictor order) samples)
 136  *  The order is stored in the main subframe header
 137  */
 138 typedef struct {
 139         FLAC__EntropyCodingMethod entropy_coding_method;
 140         unsigned order;
 141         int32 warmup[FLAC__MAX_FIXED_ORDER];
 142         const int32 *residual;
 143 } FLAC__Subframe_Fixed;
 144
 145 /*****************************************************************************
 146  *
 147  *  n: unencoded warm-up samples (n = lpc order * bits per sample)
 148  *  4: (qlp coeff precision in bits)-1 (1111 = invalid, use to check for erroneous sync)
 149  *  5: qlp shift needed in bits (signed)
 150  *  n: unencoded predictor coefficients (n = lpc order * qlp coeff precision)
 151  *  ?: entropy coding method info
 152  *  ?: encoded residual ((blocksize minus lpc order) samples)
 153  *  The order is stored in the main subframe header
 154  */
 155 typedef struct {
 156         FLAC__EntropyCodingMethod entropy_coding_method;
 157         unsigned order;
 158         unsigned qlp_coeff_precision;
 159         int quantization_level;
 160         int32 qlp_coeff[FLAC__MAX_LPC_ORDER];
 161         int32 warmup[FLAC__MAX_LPC_ORDER];
 162         const int32 *residual;
 163 } FLAC__Subframe_LPC;
 164
 165 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_LPC_QLP_COEFF_PRECISION_LEN; /* = 4 bits */
 166 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_LPC_QLP_SHIFT_LEN; /* = 5 bits */
 167
 168 /*****************************************************************************
 169  *
 170  *  1: zero pad, to prevent sync-fooling string of 1s (use to check for erroneous sync)
 171  *  6: subframe type
 172  *       000000: constant value
 173  *       000001: verbatim
 174  *       00001x: reserved
 175  *       0001xx: reserved
 176  *       001xxx: fixed predictor, xxx=order <= 4, else reserved
 177  *       01xxxx: reserved
 178  *       1xxxxx: lpc, xxxxx=order-1
 179  *  1: 'wasted bits' flag
 180  *       0: no wasted bits in source subblock
 181  *       1: all samples in source subblock contain n 0 least significant bits.  n-1 follows, unary coded, i.e. n=3, 001 follows, n=7, 0000001 follows.
 182  *             ?: unary coded (n-1)
 183  *  ?: subframe-specific data (c.f. FLAC__Subframe_*)
 184  */
 185 typedef struct {
 186         FLAC__SubframeType type;
 187         union {
 188                 FLAC__Subframe_Constant constant;
 189                 FLAC__Subframe_Fixed fixed;
 190                 FLAC__Subframe_LPC lpc;
 191                 FLAC__Subframe_Verbatim verbatim;
 192         } data;
 193         unsigned wasted_bits;
 194 } FLAC__Subframe;
 195
 196 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_ZERO_PAD_LEN; /* = 1 bit */
 197 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_TYPE_LEN; /* = 6 bits */
 198 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_WASTED_BITS_FLAG_LEN; /* = 1 bit */
 199
 200 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_TYPE_CONSTANT_BYTE_ALIGNED_MASK; /* = 0x00 */
 201 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_TYPE_VERBATIM_BYTE_ALIGNED_MASK; /* = 0x02 */
 202 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_TYPE_FIXED_BYTE_ALIGNED_MASK; /* = 0x10 */
 203 extern const unsigned FLAC__SUBFRAME_TYPE_LPC_BYTE_ALIGNED_MASK; /* = 0x40 */
 204
 205 /*****************************************************************************/
 206
 207
 208 /*****************************************************************************
 209  *
 210  * Frame structures
 211  *
 212  *****************************************************************************/
 213
 214 typedef enum {
 215         FLAC__CHANNEL_ASSIGNMENT_INDEPENDENT = 0,
 216         FLAC__CHANNEL_ASSIGNMENT_LEFT_SIDE = 1,
 217         FLAC__CHANNEL_ASSIGNMENT_RIGHT_SIDE = 2,
 218         FLAC__CHANNEL_ASSIGNMENT_MID_SIDE = 3
 219 } FLAC__ChannelAssignment;
 220 extern const char *FLAC__ChannelAssignmentString[];
 221
 222 /*****************************************************************************
 223  *
 224  * 14: sync code '11111111111110'
 225  *  2: reserved
 226  *        00: currently required value
 227  *        01-11: reserved
 228  *  4: blocksize in samples
 229  *        0000: get from stream header => implies constant blocksize throughout stream
 230  *        0001: 192 samples (AES/EBU) => implies constant blocksize throughout stream
 231  *        0010-0101: 576 * (2^(n-2)) samples, i.e. 576/1152/2304/4608 => implies constant blocksize throughout stream
 232  *        0110: get 8 bit (blocksize-1) from end of header => possibly variable blocksize throughout stream unless it's the last frame
 233  *        0111: get 16 bit (blocksize-1) from end of header => possibly variable blocksize throughout stream unless it's the last frame
 234  *        1000-1111: 256 * (2^(n-8)) samples, i.e. 256/512/1024/2048/4096/8192/16384/32768 => implies constant blocksize throughout stream
 235  *  4: sample rate:
 236  *        0000: get from stream header
 237  *        0001-0011: reserved
 238  *        0100: 8kHz
 239  *        0101: 16kHz
 240  *        0110: 22.05kHz
 241  *        0111: 24kHz
 242  *        1000: 32kHz
 243  *        1001: 44.1kHz
 244  *        1010: 48kHz
 245  *        1011: 96kHz
 246  *        1100: get 8 bit sample rate (in kHz) from end of header
 247  *        1101: get 16 bit sample rate (in Hz) from end of header
 248  *        1110: get 16 bit sample rate (in tens of Hz) from end of header
 249  *        1111: invalid, to prevent sync-fooling string of 1s (use to check for erroneous sync)
 250  *  4: channel assignment
 251  *     0000-0111: (number of independent channels)-1.  when == 0001, channel 0 is the left channel and channel 1 is the right
 252  *     1000: left/side stereo : channel 0 is the left             channel, channel 1 is the side(difference) channel
 253  *     1001: right/side stereo: channel 0 is the side(difference) channel, channel 1 is the right            channel
 254  *     1010: mid/side stereo  : channel 0 is the mid(average)     channel, channel 1 is the side(difference) channel
 255  *     1011-1111: reserved
 256  *  3: sample size in bits
 257  *        000: get from stream header
 258  *        001: 8 bits per sample
 259  *        010: 12 bits per sample
 260  *        011: reserved
 261  *        100: 16 bits per sample
 262  *        101: 20 bits per sample
 263  *        110: 24 bits per sample
 264  *        111: reserved
 265  *  1: zero pad, to prevent sync-fooling string of 1s (use to check for erroneous sync)
 266  *  ?: if(variable blocksize)
 267  *        8-56: 'UTF-8' coded sample number (decoded number is 0-36 bits) (use to check for erroneous sync)
 268  *     else
 269  *        8-48: 'UTF-8' coded frame number (decoded number is 0-31 bits) (use to check for erroneous sync)
 270  *  ?: if(blocksize bits == 11x)
 271  *        8/16 bit (blocksize-1)
 272  *  ?: if(sample rate bits == 11xx)
 273  *        8/16 bit sample rate
 274  *  8: CRC-8 (polynomial = x^8 + x^2 + x^1 + x^0, initialized with 0) of everything before the crc, including the sync code
 275  */
 276 typedef struct {
 277         unsigned blocksize; /* in samples */
 278         unsigned sample_rate; /* in Hz */
 279         unsigned channels;
 280         FLAC__ChannelAssignment channel_assignment;
 281         unsigned bits_per_sample;
 282         union {
 283                 uint32 frame_number;
 284                 uint64 sample_number;
 285         } number;
 286         uint8 crc;
 287 } FLAC__FrameHeader;
 288
 289 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_SYNC; /* = 0x3ffe */
 290 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_SYNC_LEN; /* = 14 bits */
 291 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_RESERVED_LEN; /* = 2 bits */
 292 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_BLOCK_SIZE_LEN; /* = 4 bits */
 293 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_SAMPLE_RATE_LEN; /* = 4 bits */
 294 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_CHANNEL_ASSIGNMENT_LEN; /* = 4 bits */
 295 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_BITS_PER_SAMPLE_LEN; /* = 3 bits */
 296 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_ZERO_PAD_LEN; /* = 1 bit */
 297 extern const unsigned FLAC__FRAME_HEADER_CRC_LEN; /* = 8 bits */
 298
 299 /*****************************************************************************
 300  *
 301  * 16: CRC-16 (polynomial = x^16 + x^15 + x^2 + x^0, initialized with 0) of everything before the crc, back to and including the frame header sync code
 302  */
 303 typedef struct {
 304         uint16 crc;
 305 } FLAC__FrameFooter;
 306
 307 extern const unsigned FLAC__FRAME_FOOTER_CRC_LEN; /* = 16 bits */
 308
 309 typedef struct {
 310         FLAC__FrameHeader header;
 311         FLAC__Subframe subframes[FLAC__MAX_CHANNELS];
 312         FLAC__FrameFooter footer;
 313 } FLAC__Frame;
 314
 315 /*****************************************************************************/
 316
 317
 318 /*****************************************************************************
 319  *
 320  * Meta-data structures
 321  *
 322  *****************************************************************************/
 323
 324 typedef enum {
 325         FLAC__METADATA_TYPE_STREAMINFO = 0,
 326         FLAC__METADATA_TYPE_PADDING = 1,
 327         FLAC__METADATA_TYPE_APPLICATION = 2,
 328         FLAC__METADATA_TYPE_SEEKTABLE = 3
 329 } FLAC__MetaDataType;
 330 extern const char *FLAC__MetaDataTypeString[];
 331
 332 /*****************************************************************************
 333  *
 334  * 16: minimum blocksize (in samples) of all blocks in the stream
 335  * 16: maximum blocksize (in samples) of all blocks in the stream
 336  * 24: minimum framesize (in bytes) of all frames in the stream; 0 => unknown
 337  * 24: maximum framesize (in bytes) of all frames in the stream; 0 => unknown
 338  * 20: sample rate in Hz, 0 is invalid
 339  *  3: (number of channels)-1
 340  *  5: (bits per sample)-1
 341  * 36: total samples, 0 => unknown
 342  *128: MD5 digest of the original unencoded audio data
 343  *---- -----------------
 344  * 34  bytes total
 345  */
 346 typedef struct {
 347         unsigned min_blocksize, max_blocksize;
 348         unsigned min_framesize, max_framesize;
 349         unsigned sample_rate;
 350         unsigned channels;
 351         unsigned bits_per_sample;
 352         uint64 total_samples;
 353         byte md5sum[16];
 354 } FLAC__StreamMetaData_StreamInfo;
 355
 356 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_MIN_BLOCK_SIZE_LEN; /* = 16 bits */
 357 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_MAX_BLOCK_SIZE_LEN; /* = 16 bits */
 358 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_MIN_FRAME_SIZE_LEN; /* = 24 bits */
 359 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_MAX_FRAME_SIZE_LEN; /* = 24 bits */
 360 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_SAMPLE_RATE_LEN; /* = 20 bits */
 361 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_CHANNELS_LEN; /* = 3 bits */
 362 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_BITS_PER_SAMPLE_LEN; /* = 5 bits */
 363 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_TOTAL_SAMPLES_LEN; /* = 36 bits */
 364 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_MD5SUM_LEN; /* = 128 bits */
 365 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_STREAMINFO_LENGTH; /* = 34 bytes */
 366
 367 /*****************************************************************************
 368  *
 369  *   n: '0' bits
 370  *----- -----------------
 371  * n/8  bytes total
 372  */
 373 typedef struct {
 374         int dummy; /* conceptually this is an empty struct since we don't store the padding bytes */
 375                    /* empty structs are allowed by C++ but not C, hence the 'dummy' */
 376 } FLAC__StreamMetaData_Padding;
 377
 378 /*****************************************************************************
 379  *
 380  *    32: Registered application ID
 381  *     n: Application data
 382  *------- -----------------
 383  * 4+n/8  bytes total
 384  */
 385 typedef struct {
 386         byte id[4];
 387         byte *data;
 388 } FLAC__StreamMetaData_Application;
 389
 390 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_APPLICATION_ID_LEN; /* = 32 bits */
 391
 392 /*****************************************************************************
 393  *
 394  *  64: sample number of target frame
 395  *  64: offset, in bytes, of target frame with respect to beginning of first frame
 396  *  16: number of samples in the target frame
 397  *----- -----------------
 398  *  18  bytes total
 399  */
 400 typedef struct {
 401         uint64 sample_number;
 402         uint64 stream_offset;
 403         unsigned frame_samples;
 404 } FLAC__StreamMetaData_SeekPoint;
 405
 406 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_SEEKPOINT_SAMPLE_NUMBER_LEN; /* = 64 bits */
 407 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_SEEKPOINT_STREAM_OFFSET_LEN; /* = 64 bits */
 408 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_SEEKPOINT_FRAME_SAMPLES_LEN; /* = 16 bits */
 409 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_SEEKPOINT_LEN; /* = 18 bytes */
 410
 411 extern const uint64 FLAC__STREAM_METADATA_SEEKPOINT_PLACEHOLDER; /* = 0xffffffffffffffff */
 412
 413 /*****************************************************************************
 414  *
 415  *      0: num_points is implied by the metadata block 'length' field (i.e. num_points = length / 18)
 416  * n*18*8: seek points (n = num_points, 18 is the size of a seek point in bytes)
 417  * ------- -----------------
 418  *   n*18  bytes total
 419  *
 420  * NOTE: the seek points must be sorted by ascending sample number.
 421  * NOTE: each seek point's sample number must be the first sample of the target frame.
 422  * NOTE: each seek point's sample number must be unique within the table.
 423  * NOTE: existence of a SEEKTABLE block implies a correct setting of total_samples in the stream_info block.
 424  * NOTE: behavior is undefined when more than one SEEKTABLE block is present in a stream.
 425  */
 426 typedef struct {
 427         unsigned num_points;
 428         FLAC__StreamMetaData_SeekPoint *points;
 429 } FLAC__StreamMetaData_SeekTable;
 430
 431 /*****************************************************************************
 432  *
 433  *  1: =1 if this is the last meta-data block, else =0
 434  *  7: meta-data type (c.f. FLAC__MetaDataType)
 435  * 24: length (in bytes) of the block-specific data to follow
 436  *---- -----------------
 437  *  4  bytes total
 438  */
 439 typedef struct {
 440         FLAC__MetaDataType type;
 441         bool is_last;
 442         unsigned length; /* in bytes */
 443         union {
 444                 FLAC__StreamMetaData_StreamInfo stream_info;
 445                 FLAC__StreamMetaData_Padding padding;
 446                 FLAC__StreamMetaData_Application application;
 447                 FLAC__StreamMetaData_SeekTable seek_table;
 448         } data;
 449 } FLAC__StreamMetaData;
 450
 451 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_IS_LAST_LEN; /* = 1 bits */
 452 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_TYPE_LEN; /* = 7 bits */
 453 extern const unsigned FLAC__STREAM_METADATA_LENGTH_LEN; /* = 24 bits */
 454
 455 /*****************************************************************************/
 456
 457
 458 /*****************************************************************************
 459  *
 460  * Stream structures
 461  *
 462  *****************************************************************************/
 463
 464 typedef struct {
 465         FLAC__StreamMetaData_StreamInfo stream_info;
 466         FLAC__Frame *frames;
 467 } FLAC__Stream;
 468
 469 /*****************************************************************************/
 470
 471 #endif