2009bba753c55ba48754419f604b1a14dbbe9162
[ffmpeg.git] / libavcodec / atrac1.c
1 /*
2  * Atrac 1 compatible decoder
3  * Copyright (c) 2009 Maxim Poliakovski
4  * Copyright (c) 2009 Benjamin Larsson
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24  * @file libavcodec/atrac1.c
25  * Atrac 1 compatible decoder.
26  * This decoder handles raw ATRAC1 data and probably SDDS data.
27  */
28
29 /* Many thanks to Tim Craig for all the help! */
30
31 #include <math.h>
32 #include <stddef.h>
33 #include <stdio.h>
34
35 #include "avcodec.h"
36 #include "get_bits.h"
37 #include "dsputil.h"
38
39 #include "atrac.h"
40 #include "atrac1data.h"
41
42 #define AT1_MAX_BFU      52                 ///< max number of block floating units in a sound unit
43 #define AT1_SU_SIZE      212                ///< number of bytes in a sound unit
44 #define AT1_SU_SAMPLES   512                ///< number of samples in a sound unit
45 #define AT1_FRAME_SIZE   AT1_SU_SIZE * 2
46 #define AT1_SU_MAX_BITS  AT1_SU_SIZE * 8
47 #define AT1_MAX_CHANNELS 2
48
49 #define AT1_QMF_BANDS    3
50 #define IDX_LOW_BAND     0
51 #define IDX_MID_BAND     1
52 #define IDX_HIGH_BAND    2
53
54 /**
55  * Sound unit struct, one unit is used per channel
56  */
57 typedef struct {
58     int                 log2_block_count[AT1_QMF_BANDS];    ///< log2 number of blocks in a band
59     int                 num_bfus;                           ///< number of Block Floating Units
60     float*              spectrum[2];
61     DECLARE_ALIGNED_16(float, spec1[AT1_SU_SAMPLES]);       ///< mdct buffer
62     DECLARE_ALIGNED_16(float, spec2[AT1_SU_SAMPLES]);       ///< mdct buffer
63     DECLARE_ALIGNED_16(float, fst_qmf_delay[46]);           ///< delay line for the 1st stacked QMF filter
64     DECLARE_ALIGNED_16(float, snd_qmf_delay[46]);           ///< delay line for the 2nd stacked QMF filter
65     DECLARE_ALIGNED_16(float, last_qmf_delay[256+23]);      ///< delay line for the last stacked QMF filter
66 } AT1SUCtx;
67
68 /**
69  * The atrac1 context, holds all needed parameters for decoding
70  */
71 typedef struct {
72     AT1SUCtx            SUs[AT1_MAX_CHANNELS];              ///< channel sound unit
73     DECLARE_ALIGNED_16(float, spec[AT1_SU_SAMPLES]);        ///< the mdct spectrum buffer
74
75     DECLARE_ALIGNED_16(float,  low[256]);
76     DECLARE_ALIGNED_16(float,  mid[256]);
77     DECLARE_ALIGNED_16(float, high[512]);
78     float*              bands[3];
79     DECLARE_ALIGNED_16(float, out_samples[AT1_MAX_CHANNELS][AT1_SU_SAMPLES]);
80     FFTContext          mdct_ctx[3];
81     int                 channels;
82     DSPContext          dsp;
83 } AT1Ctx;
84
85 /** size of the transform in samples in the long mode for each QMF band */
86 static const uint16_t samples_per_band[3] = {128, 128, 256};
87 static const uint8_t   mdct_long_nbits[3] = {7, 7, 8};
88
89
90 static void at1_imdct(AT1Ctx *q, float *spec, float *out, int nbits,
91                       int rev_spec)
92 {
93     FFTContext* mdct_context = &q->mdct_ctx[nbits - 5 - (nbits > 6)];
94     int transf_size = 1 << nbits;
95
96     if (rev_spec) {
97         int i;
98         for (i = 0; i < transf_size / 2; i++)
99             FFSWAP(float, spec[i], spec[transf_size - 1 - i]);
100     }
101     ff_imdct_half(mdct_context, out, spec);
102 }
103
104
105 static int at1_imdct_block(AT1SUCtx* su, AT1Ctx *q)
106 {
107     int          band_num, band_samples, log2_block_count, nbits, num_blocks, block_size;
108     unsigned int start_pos, ref_pos = 0, pos = 0;
109
110     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
111         float *prev_buf;
112         int j;
113
114         band_samples = samples_per_band[band_num];
115         log2_block_count = su->log2_block_count[band_num];
116
117         /* number of mdct blocks in the current QMF band: 1 - for long mode */
118         /* 4 for short mode(low/middle bands) and 8 for short mode(high band)*/
119         num_blocks = 1 << log2_block_count;
120
121         if (num_blocks == 1) {
122             /* mdct block size in samples: 128 (long mode, low & mid bands), */
123             /* 256 (long mode, high band) and 32 (short mode, all bands) */
124             block_size = band_samples >> log2_block_count;
125
126             /* calc transform size in bits according to the block_size_mode */
127             nbits = mdct_long_nbits[band_num] - log2_block_count;
128
129             if (nbits != 5 && nbits != 7 && nbits != 8)
130                 return -1;
131         } else {
132             block_size = 32;
133             nbits = 5;
134         }
135
136         start_pos = 0;
137         prev_buf = &su->spectrum[1][ref_pos + band_samples - 16];
138         for (j=0; j < num_blocks; j++) {
139             at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], nbits, band_num);
140
141             /* overlap and window */
142             q->dsp.vector_fmul_window(&q->bands[band_num][start_pos], prev_buf,
143                                       &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], ff_sine_32, 0, 16);
144
145             prev_buf = &su->spectrum[0][ref_pos+start_pos + 16];
146             start_pos += block_size;
147             pos += block_size;
148         }
149
150         if (num_blocks == 1)
151             memcpy(q->bands[band_num] + 32, &su->spectrum[0][ref_pos + 16], 240 * sizeof(float));
152
153         ref_pos += band_samples;
154     }
155
156     /* Swap buffers so the mdct overlap works */
157     FFSWAP(float*, su->spectrum[0], su->spectrum[1]);
158
159     return 0;
160 }
161
162 /**
163  * Parse the block size mode byte
164  */
165
166 static int at1_parse_bsm(GetBitContext* gb, int log2_block_cnt[AT1_QMF_BANDS])
167 {
168     int log2_block_count_tmp, i;
169
170     for (i = 0; i < 2; i++) {
171         /* low and mid band */
172         log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
173         if (log2_block_count_tmp & 1)
174             return -1;
175         log2_block_cnt[i] = 2 - log2_block_count_tmp;
176     }
177
178     /* high band */
179     log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
180     if (log2_block_count_tmp != 0 && log2_block_count_tmp != 3)
181         return -1;
182     log2_block_cnt[IDX_HIGH_BAND] = 3 - log2_block_count_tmp;
183
184     skip_bits(gb, 2);
185     return 0;
186 }
187
188
189 static int at1_unpack_dequant(GetBitContext* gb, AT1SUCtx* su,
190                               float spec[AT1_SU_SAMPLES])
191 {
192     int bits_used, band_num, bfu_num, i;
193     uint8_t idwls[AT1_MAX_BFU];                 ///< the word length indexes for each BFU
194     uint8_t idsfs[AT1_MAX_BFU];                 ///< the scalefactor indexes for each BFU
195
196     /* parse the info byte (2nd byte) telling how much BFUs were coded */
197     su->num_bfus = bfu_amount_tab1[get_bits(gb, 3)];
198
199     /* calc number of consumed bits:
200         num_BFUs * (idwl(4bits) + idsf(6bits)) + log2_block_count(8bits) + info_byte(8bits)
201         + info_byte_copy(8bits) + log2_block_count_copy(8bits) */
202     bits_used = su->num_bfus * 10 + 32 +
203                 bfu_amount_tab2[get_bits(gb, 2)] +
204                 (bfu_amount_tab3[get_bits(gb, 3)] << 1);
205
206     /* get word length index (idwl) for each BFU */
207     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
208         idwls[i] = get_bits(gb, 4);
209
210     /* get scalefactor index (idsf) for each BFU */
211     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
212         idsfs[i] = get_bits(gb, 6);
213
214     /* zero idwl/idsf for empty BFUs */
215     for (i = su->num_bfus; i < AT1_MAX_BFU; i++)
216         idwls[i] = idsfs[i] = 0;
217
218     /* read in the spectral data and reconstruct MDCT spectrum of this channel */
219     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
220         for (bfu_num = bfu_bands_t[band_num]; bfu_num < bfu_bands_t[band_num+1]; bfu_num++) {
221             int pos;
222
223             int num_specs = specs_per_bfu[bfu_num];
224             int word_len  = !!idwls[bfu_num] + idwls[bfu_num];
225             float scale_factor = sf_table[idsfs[bfu_num]];
226             bits_used += word_len * num_specs; /* add number of bits consumed by current BFU */
227
228             /* check for bitstream overflow */
229             if (bits_used > AT1_SU_MAX_BITS)
230                 return -1;
231
232             /* get the position of the 1st spec according to the block size mode */
233             pos = su->log2_block_count[band_num] ? bfu_start_short[bfu_num] : bfu_start_long[bfu_num];
234
235             if (word_len) {
236                 float   max_quant = 1.0 / (float)((1 << (word_len - 1)) - 1);
237
238                 for (i = 0; i < num_specs; i++) {
239                     /* read in a quantized spec and convert it to
240                      * signed int and then inverse quantization
241                      */
242                     spec[pos+i] = get_sbits(gb, word_len) * scale_factor * max_quant;
243                 }
244             } else { /* word_len = 0 -> empty BFU, zero all specs in the emty BFU */
245                 memset(&spec[pos], 0, num_specs * sizeof(float));
246             }
247         }
248     }
249
250     return 0;
251 }
252
253
254 void at1_subband_synthesis(AT1Ctx *q, AT1SUCtx* su, float *pOut)
255 {
256     float temp[256];
257     float iqmf_temp[512 + 46];
258
259     /* combine low and middle bands */
260     atrac_iqmf(q->bands[0], q->bands[1], 128, temp, su->fst_qmf_delay, iqmf_temp);
261
262     /* delay the signal of the high band by 23 samples */
263     memcpy( su->last_qmf_delay,    &su->last_qmf_delay[256], sizeof(float) *  23);
264     memcpy(&su->last_qmf_delay[23], q->bands[2],             sizeof(float) * 256);
265
266     /* combine (low + middle) and high bands */
267     atrac_iqmf(temp, su->last_qmf_delay, 256, pOut, su->snd_qmf_delay, iqmf_temp);
268 }
269
270
271 static int atrac1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
272                                int *data_size, AVPacket *avpkt)
273 {
274     const uint8_t *buf = avpkt->data;
275     int buf_size       = avpkt->size;
276     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
277     int ch, ret, i;
278     GetBitContext gb;
279     float* samples = data;
280
281
282     if (buf_size < 212 * q->channels) {
283         av_log(q,AV_LOG_ERROR,"Not enought data to decode!\n");
284         return -1;
285     }
286
287     for (ch = 0; ch < q->channels; ch++) {
288         AT1SUCtx* su = &q->SUs[ch];
289
290         init_get_bits(&gb, &buf[212 * ch], 212 * 8);
291
292         /* parse block_size_mode, 1st byte */
293         ret = at1_parse_bsm(&gb, su->log2_block_count);
294         if (ret < 0)
295             return ret;
296
297         ret = at1_unpack_dequant(&gb, su, q->spec);
298         if (ret < 0)
299             return ret;
300
301         ret = at1_imdct_block(su, q);
302         if (ret < 0)
303             return ret;
304         at1_subband_synthesis(q, su, q->out_samples[ch]);
305     }
306
307     /* round, convert to 16bit and interleave */
308     if (q->channels == 1) {
309         /* mono */
310         q->dsp.vector_clipf(samples, q->out_samples[0], -32700.0 / (1 << 15),
311                             32700.0 / (1 << 15), AT1_SU_SAMPLES);
312     } else {
313         /* stereo */
314         for (i = 0; i < AT1_SU_SAMPLES; i++) {
315             samples[i * 2]     = av_clipf(q->out_samples[0][i],
316                                           -32700.0 / (1 << 15),
317                                            32700.0 / (1 << 15));
318             samples[i * 2 + 1] = av_clipf(q->out_samples[1][i],
319                                           -32700.0 / (1 << 15),
320                                            32700.0 / (1 << 15));
321         }
322     }
323
324     *data_size = q->channels * AT1_SU_SAMPLES * sizeof(*samples);
325     return avctx->block_align;
326 }
327
328
329 static av_cold int atrac1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
330 {
331     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
332
333     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_FLT;
334
335     q->channels = avctx->channels;
336
337     /* Init the mdct transforms */
338     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[0], 6, 1, -1.0/ (1 << 15));
339     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[1], 8, 1, -1.0/ (1 << 15));
340     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[2], 9, 1, -1.0/ (1 << 15));
341
342     ff_sine_window_init(ff_sine_32, 32);
343
344     atrac_generate_tables();
345
346     dsputil_init(&q->dsp, avctx);
347
348     q->bands[0] = q->low;
349     q->bands[1] = q->mid;
350     q->bands[2] = q->high;
351
352     /* Prepare the mdct overlap buffers */
353     q->SUs[0].spectrum[0] = q->SUs[0].spec1;
354     q->SUs[0].spectrum[1] = q->SUs[0].spec2;
355     q->SUs[1].spectrum[0] = q->SUs[1].spec1;
356     q->SUs[1].spectrum[1] = q->SUs[1].spec2;
357
358     return 0;
359 }
360
361
362 static av_cold int atrac1_decode_end(AVCodecContext * avctx) {
363     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
364
365     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[0]);
366     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[1]);
367     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[2]);
368     return 0;
369 }
370
371
372 AVCodec atrac1_decoder = {
373     .name = "atrac1",
374     .type = CODEC_TYPE_AUDIO,
375     .id = CODEC_ID_ATRAC1,
376     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
377     .init = atrac1_decode_init,
378     .close = atrac1_decode_end,
379     .decode = atrac1_decode_frame,
380     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Atrac 1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
381 };