Only use one mdct window size in atrac1.
[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.
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     int                 idwls[AT1_MAX_BFU];                 ///< the word length indexes for each BFU
61     int                 idsfs[AT1_MAX_BFU];                 ///< the scalefactor indexes for each BFU
62     float*              spectrum[2];
63     DECLARE_ALIGNED_16(float,spec1[AT1_SU_SAMPLES]);        ///< mdct buffer
64     DECLARE_ALIGNED_16(float,spec2[AT1_SU_SAMPLES]);        ///< mdct buffer
65     DECLARE_ALIGNED_16(float,fst_qmf_delay[46]);            ///< delay line for the 1st stacked QMF filter
66     DECLARE_ALIGNED_16(float,snd_qmf_delay[46]);            ///< delay line for the 2nd stacked QMF filter
67     DECLARE_ALIGNED_16(float,last_qmf_delay[256+23]);       ///< delay line for the last stacked QMF filter
68 } AT1SUCtx;
69
70 /**
71  * The atrac1 context, holds all needed parameters for decoding
72  */
73 typedef struct {
74     AT1SUCtx            SUs[AT1_MAX_CHANNELS];              ///< channel sound unit
75     DECLARE_ALIGNED_16(float,spec[AT1_SU_SAMPLES]);         ///< the mdct spectrum buffer
76     DECLARE_ALIGNED_16(float,short_buf[512]);               ///< buffer for the short mode
77
78     DECLARE_ALIGNED_16(float, low[256]);
79     DECLARE_ALIGNED_16(float, mid[256]);
80     DECLARE_ALIGNED_16(float,high[512]);
81     float*              bands[3];
82     float               out_samples[AT1_MAX_CHANNELS][AT1_SU_SAMPLES];
83     MDCTContext         mdct_ctx[3];
84     int                 channels;
85     DSPContext          dsp;
86 } AT1Ctx;
87
88 DECLARE_ALIGNED_16(static float, short_window[32]);
89
90 /** size of the transform in samples in the long mode for each QMF band */
91 static const uint16_t samples_per_band[3] = {128, 128, 256};
92 static const uint8_t   mdct_long_nbits[3] = {7, 7, 8};
93
94
95 static void at1_imdct(AT1Ctx *q, float *spec, float *out, int nbits,
96                       int rev_spec)
97 {
98     MDCTContext* mdct_context;
99     int transf_size = 1 << nbits;
100
101     mdct_context = &q->mdct_ctx[nbits - 5 - (nbits>6)];
102
103     if (rev_spec) {
104         int i;
105         for (i=0 ; i<transf_size/2 ; i++)
106             FFSWAP(float, spec[i], spec[transf_size - 1 - i]);
107     }
108     ff_imdct_half(mdct_context, out, spec);
109 }
110
111
112 static int at1_imdct_block(AT1SUCtx* su, AT1Ctx *q)
113 {
114     int             band_num, band_samples, log2_block_count, nbits, num_blocks, block_size;
115     unsigned int    start_pos, ref_pos=0, pos = 0;
116
117     for (band_num=0 ; band_num<AT1_QMF_BANDS ; band_num++) {
118         band_samples = samples_per_band[band_num];
119         log2_block_count = su->log2_block_count[band_num];
120
121         /* number of mdct blocks in the current QMF band: 1 - for long mode */
122         /* 4 for short mode(low/middle bands) and 8 for short mode(high band)*/
123         num_blocks = 1 << log2_block_count;
124
125         /* mdct block size in samples: 128 (long mode, low & mid bands), */
126         /* 256 (long mode, high band) and 32 (short mode, all bands) */
127         block_size = band_samples >> log2_block_count;
128
129         /* calc transform size in bits according to the block_size_mode */
130         nbits = mdct_long_nbits[band_num] - log2_block_count;
131
132         if (nbits!=5 && nbits!=7 && nbits!=8)
133             return -1;
134
135         if (num_blocks == 1) {
136             at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos], nbits, band_num);
137             pos += block_size; // move to the next mdct block in the spectrum
138
139             /* overlap and window long blocks */
140             q->dsp.vector_fmul_window(q->bands[band_num], &su->spectrum[1][ref_pos+band_samples-16],
141                 &su->spectrum[0][ref_pos], short_window, 0, 16);
142             memcpy(q->bands[band_num]+32, &su->spectrum[0][ref_pos+16], 240 * sizeof(float));
143
144         } else {
145             /* calc start position for the 1st short block: 96(128) or 112(256) */
146             int short_pos = 32;
147             float *prev_buf;
148             start_pos = (band_samples * (num_blocks - 1)) >> (log2_block_count + 1);
149             memset(&su->spectrum[0][ref_pos], 0, sizeof(float) * (band_samples * 2));
150
151             prev_buf = &su->spectrum[1][ref_pos+band_samples-16];
152             for (; num_blocks!=0 ; num_blocks--) {
153                 /* use hardcoded nbits for the short mode */
154                 at1_imdct(q, &q->spec[pos], &q->short_buf[short_pos], 5, band_num);
155
156                 /* overlap and window between short blocks */
157                 q->dsp.vector_fmul_window(&su->spectrum[0][ref_pos+start_pos],
158                                           &q->short_buf[short_pos-16],
159                                           &q->short_buf[short_pos],short_window, 0, 16);
160
161                 prev_buf = &q->short_buf[short_pos+16];
162
163                 start_pos += 32; // use hardcoded block_size
164                 pos += 32;
165                 short_pos +=32;
166             }
167             memcpy(q->bands[band_num], &su->spectrum[0][ref_pos], band_samples*sizeof(float));
168         }
169         ref_pos += band_samples;
170     }
171
172     /* Swap buffers so the mdct overlap works */
173     FFSWAP(float*, su->spectrum[0], su->spectrum[1]);
174
175     return 0;
176 }
177
178 /**
179  * Parse the block size mode byte
180  */
181
182 static int at1_parse_bsm(GetBitContext* gb, int log2_block_cnt[AT1_QMF_BANDS])
183 {
184     int log2_block_count_tmp, i;
185
186     for(i=0 ; i<2 ; i++) {
187         /* low and mid band */
188         log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
189         if (log2_block_count_tmp & 1)
190             return -1;
191         log2_block_cnt[i] = 2 - log2_block_count_tmp;
192     }
193
194     /* high band */
195     log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
196     if (log2_block_count_tmp != 0 && log2_block_count_tmp != 3)
197         return -1;
198     log2_block_cnt[IDX_HIGH_BAND] = 3 - log2_block_count_tmp;
199
200     skip_bits(gb, 2);
201     return 0;
202 }
203
204
205 static int at1_unpack_dequant(GetBitContext* gb, AT1SUCtx* su,
206                               float spec[AT1_SU_SAMPLES])
207 {
208     int bits_used, band_num, bfu_num, i;
209
210     /* parse the info byte (2nd byte) telling how much BFUs were coded */
211     su->num_bfus = bfu_amount_tab1[get_bits(gb, 3)];
212
213     /* calc number of consumed bits:
214         num_BFUs * (idwl(4bits) + idsf(6bits)) + log2_block_count(8bits) + info_byte(8bits)
215         + info_byte_copy(8bits) + log2_block_count_copy(8bits) */
216     bits_used = su->num_bfus * 10 + 32 +
217                 bfu_amount_tab2[get_bits(gb, 2)] +
218                 (bfu_amount_tab3[get_bits(gb, 3)] << 1);
219
220     /* get word length index (idwl) for each BFU */
221     for (i=0 ; i<su->num_bfus ; i++)
222         su->idwls[i] = get_bits(gb, 4);
223
224     /* get scalefactor index (idsf) for each BFU */
225     for (i=0 ; i<su->num_bfus ; i++)
226         su->idsfs[i] = get_bits(gb, 6);
227
228     /* zero idwl/idsf for empty BFUs */
229     for (i = su->num_bfus; i < AT1_MAX_BFU; i++)
230         su->idwls[i] = su->idsfs[i] = 0;
231
232     /* read in the spectral data and reconstruct MDCT spectrum of this channel */
233     for (band_num=0 ; band_num<AT1_QMF_BANDS ; band_num++) {
234         for (bfu_num=bfu_bands_t[band_num] ; bfu_num<bfu_bands_t[band_num+1] ; bfu_num++) {
235             int pos;
236
237             int num_specs = specs_per_bfu[bfu_num];
238             int word_len  = !!su->idwls[bfu_num] + su->idwls[bfu_num];
239             float scale_factor = sf_table[su->idsfs[bfu_num]];
240             bits_used    += word_len * num_specs; /* add number of bits consumed by current BFU */
241
242             /* check for bitstream overflow */
243             if (bits_used > AT1_SU_MAX_BITS)
244                 return -1;
245
246             /* get the position of the 1st spec according to the block size mode */
247             pos = su->log2_block_count[band_num] ? bfu_start_short[bfu_num] : bfu_start_long[bfu_num];
248
249             if (word_len) {
250                 float   max_quant = 1.0 / (float)((1 << (word_len - 1)) - 1);
251
252                 for (i=0 ; i<num_specs ; i++) {
253                     /* read in a quantized spec and convert it to
254                      * signed int and then inverse quantization
255                      */
256                     spec[pos+i] = get_sbits(gb, word_len) * scale_factor * max_quant;
257                 }
258             } else { /* word_len = 0 -> empty BFU, zero all specs in the emty BFU */
259                 memset(&spec[pos], 0, num_specs*sizeof(float));
260             }
261         }
262     }
263
264     return 0;
265 }
266
267
268 void at1_subband_synthesis(AT1Ctx *q, AT1SUCtx* su, float *pOut)
269 {
270     float   temp[256];
271     float   iqmf_temp[512 + 46];
272
273     /* combine low and middle bands */
274     atrac_iqmf(q->bands[0], q->bands[1], 128, temp, su->fst_qmf_delay, iqmf_temp);
275
276     /* delay the signal of the high band by 23 samples */
277     memcpy( su->last_qmf_delay,    &su->last_qmf_delay[256], sizeof(float)*23);
278     memcpy(&su->last_qmf_delay[23], q->bands[2],             sizeof(float)*256);
279
280     /* combine (low + middle) and high bands */
281     atrac_iqmf(temp, su->last_qmf_delay, 256, pOut, su->snd_qmf_delay, iqmf_temp);
282 }
283
284
285 static int atrac1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
286                                int *data_size, AVPacket *avpkt)
287 {
288     const uint8_t *buf = avpkt->data;
289     int buf_size       = avpkt->size;
290     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
291     int ch, ret, i;
292     GetBitContext gb;
293     float* samples = data;
294
295
296     if (buf_size < 212 * q->channels) {
297         av_log(q,AV_LOG_ERROR,"Not enought data to decode!\n");
298         return -1;
299     }
300
301     for (ch=0 ; ch<q->channels ; ch++) {
302         AT1SUCtx* su = &q->SUs[ch];
303
304         init_get_bits(&gb, &buf[212*ch], 212*8);
305
306         /* parse block_size_mode, 1st byte */
307         ret = at1_parse_bsm(&gb, su->log2_block_count);
308         if (ret < 0)
309             return ret;
310
311         ret = at1_unpack_dequant(&gb, su, q->spec);
312         if (ret < 0)
313             return ret;
314
315         ret = at1_imdct_block(su, q);
316         if (ret < 0)
317             return ret;
318         at1_subband_synthesis(q, su, q->out_samples[ch]);
319     }
320
321     /* round, convert to 16bit and interleave */
322     if (q->channels == 1) {
323         /* mono */
324         q->dsp.vector_clipf(samples, q->out_samples[0], -32700.0 / (1<<15),
325                             32700.0 / (1<<15), AT1_SU_SAMPLES);
326     } else {
327         /* stereo */
328         for (i = 0; i < AT1_SU_SAMPLES; i++) {
329             samples[i*2]   = av_clipf(q->out_samples[0][i], -32700.0 / (1<<15),
330                                       32700.0 / (1<<15));
331             samples[i*2+1] = av_clipf(q->out_samples[1][i], -32700.0 / (1<<15),
332                                       32700.0 / (1<<15));
333         }
334     }
335
336     *data_size = q->channels * AT1_SU_SAMPLES * sizeof(*samples);
337     return avctx->block_align;
338 }
339
340
341 static av_cold int atrac1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
342 {
343     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
344
345     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_FLT;
346
347     q->channels = avctx->channels;
348
349     /* Init the mdct transforms */
350     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[0], 6, 1, -1.0/ (1<<15));
351     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[1], 8, 1, -1.0/ (1<<15));
352     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[2], 9, 1, -1.0/ (1<<15));
353
354     ff_sine_window_init(short_window, 32);
355
356     atrac_generate_tables();
357
358     dsputil_init(&q->dsp, avctx);
359
360     q->bands[0] = q->low;
361     q->bands[1] = q->mid;
362     q->bands[2] = q->high;
363
364     /* Prepare the mdct overlap buffers */
365     q->SUs[0].spectrum[0] = q->SUs[0].spec1;
366     q->SUs[0].spectrum[1] = q->SUs[0].spec2;
367     q->SUs[1].spectrum[0] = q->SUs[1].spec1;
368     q->SUs[1].spectrum[1] = q->SUs[1].spec2;
369
370     return 0;
371 }
372
373 AVCodec atrac1_decoder = {
374     .name = "atrac1",
375     .type = CODEC_TYPE_AUDIO,
376     .id = CODEC_ID_ATRAC1,
377     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
378     .init = atrac1_decode_init,
379     .close = NULL,
380     .decode = atrac1_decode_frame,
381     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Atrac 1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
382 };