9a897852a7a2897bd6bd45b6ed4315700cdf63e5
[ffmpeg.git] / libavcodec / atrac1.c
1 /*
2  * ATRAC1 compatible decoder
3  * Copyright (c) 2009 Maxim Poliakovski
4  * Copyright (c) 2009 Benjamin Larsson
5  *
6  * This file is part of Libav.
7  *
8  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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
25  * ATRAC1 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 "libavutil/float_dsp.h"
36 #include "avcodec.h"
37 #include "get_bits.h"
38 #include "fft.h"
39 #include "internal.h"
40 #include "sinewin.h"
41
42 #include "atrac.h"
43 #include "atrac1data.h"
44
45 #define AT1_MAX_BFU      52                 ///< max number of block floating units in a sound unit
46 #define AT1_SU_SIZE      212                ///< number of bytes in a sound unit
47 #define AT1_SU_SAMPLES   512                ///< number of samples in a sound unit
48 #define AT1_FRAME_SIZE   AT1_SU_SIZE * 2
49 #define AT1_SU_MAX_BITS  AT1_SU_SIZE * 8
50 #define AT1_MAX_CHANNELS 2
51
52 #define AT1_QMF_BANDS    3
53 #define IDX_LOW_BAND     0
54 #define IDX_MID_BAND     1
55 #define IDX_HIGH_BAND    2
56
57 /**
58  * Sound unit struct, one unit is used per channel
59  */
60 typedef struct {
61     int                 log2_block_count[AT1_QMF_BANDS];    ///< log2 number of blocks in a band
62     int                 num_bfus;                           ///< number of Block Floating Units
63     float*              spectrum[2];
64     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec1)[AT1_SU_SAMPLES];     ///< mdct buffer
65     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec2)[AT1_SU_SAMPLES];     ///< mdct buffer
66     DECLARE_ALIGNED(32, float, fst_qmf_delay)[46];         ///< delay line for the 1st stacked QMF filter
67     DECLARE_ALIGNED(32, float, snd_qmf_delay)[46];         ///< delay line for the 2nd stacked QMF filter
68     DECLARE_ALIGNED(32, float, last_qmf_delay)[256+23];    ///< delay line for the last stacked QMF filter
69 } AT1SUCtx;
70
71 /**
72  * The atrac1 context, holds all needed parameters for decoding
73  */
74 typedef struct {
75     AT1SUCtx            SUs[AT1_MAX_CHANNELS];              ///< channel sound unit
76     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec)[AT1_SU_SAMPLES];      ///< the mdct spectrum buffer
77
78     DECLARE_ALIGNED(32, float,  low)[256];
79     DECLARE_ALIGNED(32, float,  mid)[256];
80     DECLARE_ALIGNED(32, float, high)[512];
81     float*              bands[3];
82     FFTContext          mdct_ctx[3];
83     AVFloatDSPContext   fdsp;
84 } AT1Ctx;
85
86 /** size of the transform in samples in the long mode for each QMF band */
87 static const uint16_t samples_per_band[3] = {128, 128, 256};
88 static const uint8_t   mdct_long_nbits[3] = {7, 7, 8};
89
90
91 static void at1_imdct(AT1Ctx *q, float *spec, float *out, int nbits,
92                       int rev_spec)
93 {
94     FFTContext* mdct_context = &q->mdct_ctx[nbits - 5 - (nbits > 6)];
95     int transf_size = 1 << nbits;
96
97     if (rev_spec) {
98         int i;
99         for (i = 0; i < transf_size / 2; i++)
100             FFSWAP(float, spec[i], spec[transf_size - 1 - i]);
101     }
102     mdct_context->imdct_half(mdct_context, out, spec);
103 }
104
105
106 static int at1_imdct_block(AT1SUCtx* su, AT1Ctx *q)
107 {
108     int          band_num, band_samples, log2_block_count, nbits, num_blocks, block_size;
109     unsigned int start_pos, ref_pos = 0, pos = 0;
110
111     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
112         float *prev_buf;
113         int j;
114
115         band_samples = samples_per_band[band_num];
116         log2_block_count = su->log2_block_count[band_num];
117
118         /* number of mdct blocks in the current QMF band: 1 - for long mode */
119         /* 4 for short mode(low/middle bands) and 8 for short mode(high band)*/
120         num_blocks = 1 << log2_block_count;
121
122         if (num_blocks == 1) {
123             /* mdct block size in samples: 128 (long mode, low & mid bands), */
124             /* 256 (long mode, high band) and 32 (short mode, all bands) */
125             block_size = band_samples >> log2_block_count;
126
127             /* calc transform size in bits according to the block_size_mode */
128             nbits = mdct_long_nbits[band_num] - log2_block_count;
129
130             if (nbits != 5 && nbits != 7 && nbits != 8)
131                 return AVERROR_INVALIDDATA;
132         } else {
133             block_size = 32;
134             nbits = 5;
135         }
136
137         start_pos = 0;
138         prev_buf = &su->spectrum[1][ref_pos + band_samples - 16];
139         for (j=0; j < num_blocks; j++) {
140             at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], nbits, band_num);
141
142             /* overlap and window */
143             q->fdsp.vector_fmul_window(&q->bands[band_num][start_pos], prev_buf,
144                                        &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], ff_sine_32, 16);
145
146             prev_buf = &su->spectrum[0][ref_pos+start_pos + 16];
147             start_pos += block_size;
148             pos += block_size;
149         }
150
151         if (num_blocks == 1)
152             memcpy(q->bands[band_num] + 32, &su->spectrum[0][ref_pos + 16], 240 * sizeof(float));
153
154         ref_pos += band_samples;
155     }
156
157     /* Swap buffers so the mdct overlap works */
158     FFSWAP(float*, su->spectrum[0], su->spectrum[1]);
159
160     return 0;
161 }
162
163 /**
164  * Parse the block size mode byte
165  */
166
167 static int at1_parse_bsm(GetBitContext* gb, int log2_block_cnt[AT1_QMF_BANDS])
168 {
169     int log2_block_count_tmp, i;
170
171     for (i = 0; i < 2; i++) {
172         /* low and mid band */
173         log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
174         if (log2_block_count_tmp & 1)
175             return AVERROR_INVALIDDATA;
176         log2_block_cnt[i] = 2 - log2_block_count_tmp;
177     }
178
179     /* high band */
180     log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
181     if (log2_block_count_tmp != 0 && log2_block_count_tmp != 3)
182         return AVERROR_INVALIDDATA;
183     log2_block_cnt[IDX_HIGH_BAND] = 3 - log2_block_count_tmp;
184
185     skip_bits(gb, 2);
186     return 0;
187 }
188
189
190 static int at1_unpack_dequant(GetBitContext* gb, AT1SUCtx* su,
191                               float spec[AT1_SU_SAMPLES])
192 {
193     int bits_used, band_num, bfu_num, i;
194     uint8_t idwls[AT1_MAX_BFU];                 ///< the word length indexes for each BFU
195     uint8_t idsfs[AT1_MAX_BFU];                 ///< the scalefactor indexes for each BFU
196
197     /* parse the info byte (2nd byte) telling how much BFUs were coded */
198     su->num_bfus = bfu_amount_tab1[get_bits(gb, 3)];
199
200     /* calc number of consumed bits:
201         num_BFUs * (idwl(4bits) + idsf(6bits)) + log2_block_count(8bits) + info_byte(8bits)
202         + info_byte_copy(8bits) + log2_block_count_copy(8bits) */
203     bits_used = su->num_bfus * 10 + 32 +
204                 bfu_amount_tab2[get_bits(gb, 2)] +
205                 (bfu_amount_tab3[get_bits(gb, 3)] << 1);
206
207     /* get word length index (idwl) for each BFU */
208     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
209         idwls[i] = get_bits(gb, 4);
210
211     /* get scalefactor index (idsf) for each BFU */
212     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
213         idsfs[i] = get_bits(gb, 6);
214
215     /* zero idwl/idsf for empty BFUs */
216     for (i = su->num_bfus; i < AT1_MAX_BFU; i++)
217         idwls[i] = idsfs[i] = 0;
218
219     /* read in the spectral data and reconstruct MDCT spectrum of this channel */
220     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
221         for (bfu_num = bfu_bands_t[band_num]; bfu_num < bfu_bands_t[band_num+1]; bfu_num++) {
222             int pos;
223
224             int num_specs = specs_per_bfu[bfu_num];
225             int word_len  = !!idwls[bfu_num] + idwls[bfu_num];
226             float scale_factor = ff_atrac_sf_table[idsfs[bfu_num]];
227             bits_used += word_len * num_specs; /* add number of bits consumed by current BFU */
228
229             /* check for bitstream overflow */
230             if (bits_used > AT1_SU_MAX_BITS)
231                 return AVERROR_INVALIDDATA;
232
233             /* get the position of the 1st spec according to the block size mode */
234             pos = su->log2_block_count[band_num] ? bfu_start_short[bfu_num] : bfu_start_long[bfu_num];
235
236             if (word_len) {
237                 float   max_quant = 1.0 / (float)((1 << (word_len - 1)) - 1);
238
239                 for (i = 0; i < num_specs; i++) {
240                     /* read in a quantized spec and convert it to
241                      * signed int and then inverse quantization
242                      */
243                     spec[pos+i] = get_sbits(gb, word_len) * scale_factor * max_quant;
244                 }
245             } else { /* word_len = 0 -> empty BFU, zero all specs in the emty BFU */
246                 memset(&spec[pos], 0, num_specs * sizeof(float));
247             }
248         }
249     }
250
251     return 0;
252 }
253
254
255 static void at1_subband_synthesis(AT1Ctx *q, AT1SUCtx* su, float *pOut)
256 {
257     float temp[256];
258     float iqmf_temp[512 + 46];
259
260     /* combine low and middle bands */
261     ff_atrac_iqmf(q->bands[0], q->bands[1], 128, temp, su->fst_qmf_delay, iqmf_temp);
262
263     /* delay the signal of the high band by 23 samples */
264     memcpy( su->last_qmf_delay,    &su->last_qmf_delay[256], sizeof(float) *  23);
265     memcpy(&su->last_qmf_delay[23], q->bands[2],             sizeof(float) * 256);
266
267     /* combine (low + middle) and high bands */
268     ff_atrac_iqmf(temp, su->last_qmf_delay, 256, pOut, su->snd_qmf_delay, iqmf_temp);
269 }
270
271
272 static int atrac1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
273                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
274 {
275     AVFrame *frame     = data;
276     const uint8_t *buf = avpkt->data;
277     int buf_size       = avpkt->size;
278     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
279     int ch, ret;
280     GetBitContext gb;
281
282
283     if (buf_size < 212 * avctx->channels) {
284         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Not enough data to decode!\n");
285         return AVERROR_INVALIDDATA;
286     }
287
288     /* get output buffer */
289     frame->nb_samples = AT1_SU_SAMPLES;
290     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0) {
291         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
292         return ret;
293     }
294
295     for (ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
296         AT1SUCtx* su = &q->SUs[ch];
297
298         init_get_bits(&gb, &buf[212 * ch], 212 * 8);
299
300         /* parse block_size_mode, 1st byte */
301         ret = at1_parse_bsm(&gb, su->log2_block_count);
302         if (ret < 0)
303             return ret;
304
305         ret = at1_unpack_dequant(&gb, su, q->spec);
306         if (ret < 0)
307             return ret;
308
309         ret = at1_imdct_block(su, q);
310         if (ret < 0)
311             return ret;
312         at1_subband_synthesis(q, su, (float *)frame->extended_data[ch]);
313     }
314
315     *got_frame_ptr = 1;
316
317     return avctx->block_align;
318 }
319
320
321 static av_cold int atrac1_decode_end(AVCodecContext * avctx)
322 {
323     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
324
325     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[0]);
326     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[1]);
327     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[2]);
328
329     return 0;
330 }
331
332
333 static av_cold int atrac1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
334 {
335     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
336     int ret;
337
338     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
339
340     if (avctx->channels < 1 || avctx->channels > AT1_MAX_CHANNELS) {
341         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported number of channels: %d\n",
342                avctx->channels);
343         return AVERROR(EINVAL);
344     }
345
346     /* Init the mdct transforms */
347     if ((ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[0], 6, 1, -1.0/ (1 << 15))) ||
348         (ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[1], 8, 1, -1.0/ (1 << 15))) ||
349         (ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[2], 9, 1, -1.0/ (1 << 15)))) {
350         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error initializing MDCT\n");
351         atrac1_decode_end(avctx);
352         return ret;
353     }
354
355     ff_init_ff_sine_windows(5);
356
357     ff_atrac_generate_tables();
358
359     avpriv_float_dsp_init(&q->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
360
361     q->bands[0] = q->low;
362     q->bands[1] = q->mid;
363     q->bands[2] = q->high;
364
365     /* Prepare the mdct overlap buffers */
366     q->SUs[0].spectrum[0] = q->SUs[0].spec1;
367     q->SUs[0].spectrum[1] = q->SUs[0].spec2;
368     q->SUs[1].spectrum[0] = q->SUs[1].spec1;
369     q->SUs[1].spectrum[1] = q->SUs[1].spec2;
370
371     return 0;
372 }
373
374
375 AVCodec ff_atrac1_decoder = {
376     .name           = "atrac1",
377     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
378     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
379     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC1,
380     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
381     .init           = atrac1_decode_init,
382     .close          = atrac1_decode_end,
383     .decode         = atrac1_decode_frame,
384     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
385     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
386                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
387 };