709ac7cdf882b8c2eccaac6a32f56c5361ee3275
[ffmpeg.git] / libavcodec / aacdec.c
1 /*
2  * AAC decoder
3  * Copyright (c) 2005-2006 Oded Shimon ( ods15 ods15 dyndns org )
4  * Copyright (c) 2006-2007 Maxim Gavrilov ( maxim.gavrilov gmail com )
5  * Copyright (c) 2008-2013 Alex Converse <alex.converse@gmail.com>
6  *
7  * AAC LATM decoder
8  * Copyright (c) 2008-2010 Paul Kendall <paul@kcbbs.gen.nz>
9  * Copyright (c) 2010      Janne Grunau <janne-libav@jannau.net>
10  *
11  * This file is part of FFmpeg.
12  *
13  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
14  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
15  * License as published by the Free Software Foundation; either
16  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
17  *
18  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
21  * Lesser General Public License for more details.
22  *
23  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
24  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
25  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
26  */
27
28 /**
29  * @file
30  * AAC decoder
31  * @author Oded Shimon  ( ods15 ods15 dyndns org )
32  * @author Maxim Gavrilov ( maxim.gavrilov gmail com )
33  */
34
35 #define FFT_FLOAT 1
36 #define FFT_FIXED_32 0
37 #define USE_FIXED 0
38
39 #include "libavutil/float_dsp.h"
40 #include "libavutil/opt.h"
41 #include "avcodec.h"
42 #include "internal.h"
43 #include "get_bits.h"
44 #include "fft.h"
45 #include "imdct15.h"
46 #include "lpc.h"
47 #include "kbdwin.h"
48 #include "sinewin.h"
49
50 #include "aac.h"
51 #include "aactab.h"
52 #include "aacdectab.h"
53 #include "cbrt_data.h"
54 #include "sbr.h"
55 #include "aacsbr.h"
56 #include "mpeg4audio.h"
57 #include "aacadtsdec.h"
58 #include "profiles.h"
59 #include "libavutil/intfloat.h"
60
61 #include <errno.h>
62 #include <math.h>
63 #include <stdint.h>
64 #include <string.h>
65
66 #if ARCH_ARM
67 #   include "arm/aac.h"
68 #elif ARCH_MIPS
69 #   include "mips/aacdec_mips.h"
70 #endif
71
72 static av_always_inline void reset_predict_state(PredictorState *ps)
73 {
74     ps->r0   = 0.0f;
75     ps->r1   = 0.0f;
76     ps->cor0 = 0.0f;
77     ps->cor1 = 0.0f;
78     ps->var0 = 1.0f;
79     ps->var1 = 1.0f;
80 }
81
82 #ifndef VMUL2
83 static inline float *VMUL2(float *dst, const float *v, unsigned idx,
84                            const float *scale)
85 {
86     float s = *scale;
87     *dst++ = v[idx    & 15] * s;
88     *dst++ = v[idx>>4 & 15] * s;
89     return dst;
90 }
91 #endif
92
93 #ifndef VMUL4
94 static inline float *VMUL4(float *dst, const float *v, unsigned idx,
95                            const float *scale)
96 {
97     float s = *scale;
98     *dst++ = v[idx    & 3] * s;
99     *dst++ = v[idx>>2 & 3] * s;
100     *dst++ = v[idx>>4 & 3] * s;
101     *dst++ = v[idx>>6 & 3] * s;
102     return dst;
103 }
104 #endif
105
106 #ifndef VMUL2S
107 static inline float *VMUL2S(float *dst, const float *v, unsigned idx,
108                             unsigned sign, const float *scale)
109 {
110     union av_intfloat32 s0, s1;
111
112     s0.f = s1.f = *scale;
113     s0.i ^= sign >> 1 << 31;
114     s1.i ^= sign      << 31;
115
116     *dst++ = v[idx    & 15] * s0.f;
117     *dst++ = v[idx>>4 & 15] * s1.f;
118
119     return dst;
120 }
121 #endif
122
123 #ifndef VMUL4S
124 static inline float *VMUL4S(float *dst, const float *v, unsigned idx,
125                             unsigned sign, const float *scale)
126 {
127     unsigned nz = idx >> 12;
128     union av_intfloat32 s = { .f = *scale };
129     union av_intfloat32 t;
130
131     t.i = s.i ^ (sign & 1U<<31);
132     *dst++ = v[idx    & 3] * t.f;
133
134     sign <<= nz & 1; nz >>= 1;
135     t.i = s.i ^ (sign & 1U<<31);
136     *dst++ = v[idx>>2 & 3] * t.f;
137
138     sign <<= nz & 1; nz >>= 1;
139     t.i = s.i ^ (sign & 1U<<31);
140     *dst++ = v[idx>>4 & 3] * t.f;
141
142     sign <<= nz & 1;
143     t.i = s.i ^ (sign & 1U<<31);
144     *dst++ = v[idx>>6 & 3] * t.f;
145
146     return dst;
147 }
148 #endif
149
150 static av_always_inline float flt16_round(float pf)
151 {
152     union av_intfloat32 tmp;
153     tmp.f = pf;
154     tmp.i = (tmp.i + 0x00008000U) & 0xFFFF0000U;
155     return tmp.f;
156 }
157
158 static av_always_inline float flt16_even(float pf)
159 {
160     union av_intfloat32 tmp;
161     tmp.f = pf;
162     tmp.i = (tmp.i + 0x00007FFFU + (tmp.i & 0x00010000U >> 16)) & 0xFFFF0000U;
163     return tmp.f;
164 }
165
166 static av_always_inline float flt16_trunc(float pf)
167 {
168     union av_intfloat32 pun;
169     pun.f = pf;
170     pun.i &= 0xFFFF0000U;
171     return pun.f;
172 }
173
174 static av_always_inline void predict(PredictorState *ps, float *coef,
175                                      int output_enable)
176 {
177     const float a     = 0.953125; // 61.0 / 64
178     const float alpha = 0.90625;  // 29.0 / 32
179     float e0, e1;
180     float pv;
181     float k1, k2;
182     float   r0 = ps->r0,     r1 = ps->r1;
183     float cor0 = ps->cor0, cor1 = ps->cor1;
184     float var0 = ps->var0, var1 = ps->var1;
185
186     k1 = var0 > 1 ? cor0 * flt16_even(a / var0) : 0;
187     k2 = var1 > 1 ? cor1 * flt16_even(a / var1) : 0;
188
189     pv = flt16_round(k1 * r0 + k2 * r1);
190     if (output_enable)
191         *coef += pv;
192
193     e0 = *coef;
194     e1 = e0 - k1 * r0;
195
196     ps->cor1 = flt16_trunc(alpha * cor1 + r1 * e1);
197     ps->var1 = flt16_trunc(alpha * var1 + 0.5f * (r1 * r1 + e1 * e1));
198     ps->cor0 = flt16_trunc(alpha * cor0 + r0 * e0);
199     ps->var0 = flt16_trunc(alpha * var0 + 0.5f * (r0 * r0 + e0 * e0));
200
201     ps->r1 = flt16_trunc(a * (r0 - k1 * e0));
202     ps->r0 = flt16_trunc(a * e0);
203 }
204
205 /**
206  * Apply dependent channel coupling (applied before IMDCT).
207  *
208  * @param   index   index into coupling gain array
209  */
210 static void apply_dependent_coupling(AACContext *ac,
211                                      SingleChannelElement *target,
212                                      ChannelElement *cce, int index)
213 {
214     IndividualChannelStream *ics = &cce->ch[0].ics;
215     const uint16_t *offsets = ics->swb_offset;
216     float *dest = target->coeffs;
217     const float *src = cce->ch[0].coeffs;
218     int g, i, group, k, idx = 0;
219     if (ac->oc[1].m4ac.object_type == AOT_AAC_LTP) {
220         av_log(ac->avctx, AV_LOG_ERROR,
221                "Dependent coupling is not supported together with LTP\n");
222         return;
223     }
224     for (g = 0; g < ics->num_window_groups; g++) {
225         for (i = 0; i < ics->max_sfb; i++, idx++) {
226             if (cce->ch[0].band_type[idx] != ZERO_BT) {
227                 const float gain = cce->coup.gain[index][idx];
228                 for (group = 0; group < ics->group_len[g]; group++) {
229                     for (k = offsets[i]; k < offsets[i + 1]; k++) {
230                         // FIXME: SIMDify
231                         dest[group * 128 + k] += gain * src[group * 128 + k];
232                     }
233                 }
234             }
235         }
236         dest += ics->group_len[g] * 128;
237         src  += ics->group_len[g] * 128;
238     }
239 }
240
241 /**
242  * Apply independent channel coupling (applied after IMDCT).
243  *
244  * @param   index   index into coupling gain array
245  */
246 static void apply_independent_coupling(AACContext *ac,
247                                        SingleChannelElement *target,
248                                        ChannelElement *cce, int index)
249 {
250     int i;
251     const float gain = cce->coup.gain[index][0];
252     const float *src = cce->ch[0].ret;
253     float *dest = target->ret;
254     const int len = 1024 << (ac->oc[1].m4ac.sbr == 1);
255
256     for (i = 0; i < len; i++)
257         dest[i] += gain * src[i];
258 }
259
260 #include "aacdec_template.c"
261
262 #define LOAS_SYNC_WORD   0x2b7       ///< 11 bits LOAS sync word
263
264 struct LATMContext {
265     AACContext aac_ctx;     ///< containing AACContext
266     int initialized;        ///< initialized after a valid extradata was seen
267
268     // parser data
269     int audio_mux_version_A; ///< LATM syntax version
270     int frame_length_type;   ///< 0/1 variable/fixed frame length
271     int frame_length;        ///< frame length for fixed frame length
272 };
273
274 static inline uint32_t latm_get_value(GetBitContext *b)
275 {
276     int length = get_bits(b, 2);
277
278     return get_bits_long(b, (length+1)*8);
279 }
280
281 static int latm_decode_audio_specific_config(struct LATMContext *latmctx,
282                                              GetBitContext *gb, int asclen)
283 {
284     AACContext *ac        = &latmctx->aac_ctx;
285     AVCodecContext *avctx = ac->avctx;
286     MPEG4AudioConfig m4ac = { 0 };
287     GetBitContext gbc;
288     int config_start_bit  = get_bits_count(gb);
289     int sync_extension    = 0;
290     int bits_consumed, esize, i;
291
292     if (asclen) {
293         sync_extension = 1;
294         asclen         = FFMIN(asclen, get_bits_left(gb));
295     } else
296         asclen         = get_bits_left(gb);
297
298     if (asclen <= 0)
299         return AVERROR_INVALIDDATA;
300
301     init_get_bits(&gbc, gb->buffer, config_start_bit + asclen);
302     skip_bits_long(&gbc, config_start_bit);
303
304     bits_consumed = decode_audio_specific_config_gb(NULL, avctx, &m4ac,
305                                                     &gbc, config_start_bit,
306                                                     sync_extension);
307
308     if (bits_consumed < config_start_bit)
309         return AVERROR_INVALIDDATA;
310     bits_consumed -= config_start_bit;
311
312     if (!latmctx->initialized ||
313         ac->oc[1].m4ac.sample_rate != m4ac.sample_rate ||
314         ac->oc[1].m4ac.chan_config != m4ac.chan_config) {
315
316         if(latmctx->initialized) {
317             av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "audio config changed\n");
318         } else {
319             av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "initializing latmctx\n");
320         }
321         latmctx->initialized = 0;
322
323         esize = (bits_consumed+7) / 8;
324
325         if (avctx->extradata_size < esize) {
326             av_free(avctx->extradata);
327             avctx->extradata = av_malloc(esize + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
328             if (!avctx->extradata)
329                 return AVERROR(ENOMEM);
330         }
331
332         avctx->extradata_size = esize;
333         gbc = *gb;
334         for (i = 0; i < esize; i++) {
335           avctx->extradata[i] = get_bits(&gbc, 8);
336         }
337         memset(avctx->extradata+esize, 0, AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
338     }
339     skip_bits_long(gb, bits_consumed);
340
341     return bits_consumed;
342 }
343
344 static int read_stream_mux_config(struct LATMContext *latmctx,
345                                   GetBitContext *gb)
346 {
347     int ret, audio_mux_version = get_bits(gb, 1);
348
349     latmctx->audio_mux_version_A = 0;
350     if (audio_mux_version)
351         latmctx->audio_mux_version_A = get_bits(gb, 1);
352
353     if (!latmctx->audio_mux_version_A) {
354
355         if (audio_mux_version)
356             latm_get_value(gb);                 // taraFullness
357
358         skip_bits(gb, 1);                       // allStreamSameTimeFraming
359         skip_bits(gb, 6);                       // numSubFrames
360         // numPrograms
361         if (get_bits(gb, 4)) {                  // numPrograms
362             avpriv_request_sample(latmctx->aac_ctx.avctx, "Multiple programs");
363             return AVERROR_PATCHWELCOME;
364         }
365
366         // for each program (which there is only one in DVB)
367
368         // for each layer (which there is only one in DVB)
369         if (get_bits(gb, 3)) {                   // numLayer
370             avpriv_request_sample(latmctx->aac_ctx.avctx, "Multiple layers");
371             return AVERROR_PATCHWELCOME;
372         }
373
374         // for all but first stream: use_same_config = get_bits(gb, 1);
375         if (!audio_mux_version) {
376             if ((ret = latm_decode_audio_specific_config(latmctx, gb, 0)) < 0)
377                 return ret;
378         } else {
379             int ascLen = latm_get_value(gb);
380             if ((ret = latm_decode_audio_specific_config(latmctx, gb, ascLen)) < 0)
381                 return ret;
382             ascLen -= ret;
383             skip_bits_long(gb, ascLen);
384         }
385
386         latmctx->frame_length_type = get_bits(gb, 3);
387         switch (latmctx->frame_length_type) {
388         case 0:
389             skip_bits(gb, 8);       // latmBufferFullness
390             break;
391         case 1:
392             latmctx->frame_length = get_bits(gb, 9);
393             break;
394         case 3:
395         case 4:
396         case 5:
397             skip_bits(gb, 6);       // CELP frame length table index
398             break;
399         case 6:
400         case 7:
401             skip_bits(gb, 1);       // HVXC frame length table index
402             break;
403         }
404
405         if (get_bits(gb, 1)) {                  // other data
406             if (audio_mux_version) {
407                 latm_get_value(gb);             // other_data_bits
408             } else {
409                 int esc;
410                 do {
411                     esc = get_bits(gb, 1);
412                     skip_bits(gb, 8);
413                 } while (esc);
414             }
415         }
416
417         if (get_bits(gb, 1))                     // crc present
418             skip_bits(gb, 8);                    // config_crc
419     }
420
421     return 0;
422 }
423
424 static int read_payload_length_info(struct LATMContext *ctx, GetBitContext *gb)
425 {
426     uint8_t tmp;
427
428     if (ctx->frame_length_type == 0) {
429         int mux_slot_length = 0;
430         do {
431             tmp = get_bits(gb, 8);
432             mux_slot_length += tmp;
433         } while (tmp == 255);
434         return mux_slot_length;
435     } else if (ctx->frame_length_type == 1) {
436         return ctx->frame_length;
437     } else if (ctx->frame_length_type == 3 ||
438                ctx->frame_length_type == 5 ||
439                ctx->frame_length_type == 7) {
440         skip_bits(gb, 2);          // mux_slot_length_coded
441     }
442     return 0;
443 }
444
445 static int read_audio_mux_element(struct LATMContext *latmctx,
446                                   GetBitContext *gb)
447 {
448     int err;
449     uint8_t use_same_mux = get_bits(gb, 1);
450     if (!use_same_mux) {
451         if ((err = read_stream_mux_config(latmctx, gb)) < 0)
452             return err;
453     } else if (!latmctx->aac_ctx.avctx->extradata) {
454         av_log(latmctx->aac_ctx.avctx, AV_LOG_DEBUG,
455                "no decoder config found\n");
456         return AVERROR(EAGAIN);
457     }
458     if (latmctx->audio_mux_version_A == 0) {
459         int mux_slot_length_bytes = read_payload_length_info(latmctx, gb);
460         if (mux_slot_length_bytes * 8 > get_bits_left(gb)) {
461             av_log(latmctx->aac_ctx.avctx, AV_LOG_ERROR, "incomplete frame\n");
462             return AVERROR_INVALIDDATA;
463         } else if (mux_slot_length_bytes * 8 + 256 < get_bits_left(gb)) {
464             av_log(latmctx->aac_ctx.avctx, AV_LOG_ERROR,
465                    "frame length mismatch %d << %d\n",
466                    mux_slot_length_bytes * 8, get_bits_left(gb));
467             return AVERROR_INVALIDDATA;
468         }
469     }
470     return 0;
471 }
472
473
474 static int latm_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *out,
475                              int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
476 {
477     struct LATMContext *latmctx = avctx->priv_data;
478     int                 muxlength, err;
479     GetBitContext       gb;
480
481     if ((err = init_get_bits8(&gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
482         return err;
483
484     // check for LOAS sync word
485     if (get_bits(&gb, 11) != LOAS_SYNC_WORD)
486         return AVERROR_INVALIDDATA;
487
488     muxlength = get_bits(&gb, 13) + 3;
489     // not enough data, the parser should have sorted this out
490     if (muxlength > avpkt->size)
491         return AVERROR_INVALIDDATA;
492
493     if ((err = read_audio_mux_element(latmctx, &gb)) < 0)
494         return err;
495
496     if (!latmctx->initialized) {
497         if (!avctx->extradata) {
498             *got_frame_ptr = 0;
499             return avpkt->size;
500         } else {
501             push_output_configuration(&latmctx->aac_ctx);
502             if ((err = decode_audio_specific_config(
503                     &latmctx->aac_ctx, avctx, &latmctx->aac_ctx.oc[1].m4ac,
504                     avctx->extradata, avctx->extradata_size*8LL, 1)) < 0) {
505                 pop_output_configuration(&latmctx->aac_ctx);
506                 return err;
507             }
508             latmctx->initialized = 1;
509         }
510     }
511
512     if (show_bits(&gb, 12) == 0xfff) {
513         av_log(latmctx->aac_ctx.avctx, AV_LOG_ERROR,
514                "ADTS header detected, probably as result of configuration "
515                "misparsing\n");
516         return AVERROR_INVALIDDATA;
517     }
518
519     switch (latmctx->aac_ctx.oc[1].m4ac.object_type) {
520     case AOT_ER_AAC_LC:
521     case AOT_ER_AAC_LTP:
522     case AOT_ER_AAC_LD:
523     case AOT_ER_AAC_ELD:
524         err = aac_decode_er_frame(avctx, out, got_frame_ptr, &gb);
525         break;
526     default:
527         err = aac_decode_frame_int(avctx, out, got_frame_ptr, &gb, avpkt);
528     }
529     if (err < 0)
530         return err;
531
532     return muxlength;
533 }
534
535 static av_cold int latm_decode_init(AVCodecContext *avctx)
536 {
537     struct LATMContext *latmctx = avctx->priv_data;
538     int ret = aac_decode_init(avctx);
539
540     if (avctx->extradata_size > 0)
541         latmctx->initialized = !ret;
542
543     return ret;
544 }
545
546 AVCodec ff_aac_decoder = {
547     .name            = "aac",
548     .long_name       = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AAC (Advanced Audio Coding)"),
549     .type            = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
550     .id              = AV_CODEC_ID_AAC,
551     .priv_data_size  = sizeof(AACContext),
552     .init            = aac_decode_init,
553     .close           = aac_decode_close,
554     .decode          = aac_decode_frame,
555     .sample_fmts     = (const enum AVSampleFormat[]) {
556         AV_SAMPLE_FMT_FLTP, AV_SAMPLE_FMT_NONE
557     },
558     .capabilities    = AV_CODEC_CAP_CHANNEL_CONF | AV_CODEC_CAP_DR1,
559     .caps_internal   = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE,
560     .channel_layouts = aac_channel_layout,
561     .flush = flush,
562     .priv_class      = &aac_decoder_class,
563     .profiles        = NULL_IF_CONFIG_SMALL(ff_aac_profiles),
564 };
565
566 /*
567     Note: This decoder filter is intended to decode LATM streams transferred
568     in MPEG transport streams which only contain one program.
569     To do a more complex LATM demuxing a separate LATM demuxer should be used.
570 */
571 AVCodec ff_aac_latm_decoder = {
572     .name            = "aac_latm",
573     .long_name       = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AAC LATM (Advanced Audio Coding LATM syntax)"),
574     .type            = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
575     .id              = AV_CODEC_ID_AAC_LATM,
576     .priv_data_size  = sizeof(struct LATMContext),
577     .init            = latm_decode_init,
578     .close           = aac_decode_close,
579     .decode          = latm_decode_frame,
580     .sample_fmts     = (const enum AVSampleFormat[]) {
581         AV_SAMPLE_FMT_FLTP, AV_SAMPLE_FMT_NONE
582     },
583     .capabilities    = AV_CODEC_CAP_CHANNEL_CONF | AV_CODEC_CAP_DR1,
584     .caps_internal   = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE,
585     .channel_layouts = aac_channel_layout,
586     .flush = flush,
587     .profiles        = NULL_IF_CONFIG_SMALL(ff_aac_profiles),
588 };