avcodec/pnm: Avoid structure pointer dereferences in inner loop in pnm_get()
[ffmpeg.git] / libavcodec / dstdec.c
1 /*
2  * Direct Stream Transfer (DST) decoder
3  * Copyright (c) 2014 Peter Ross <pross@xvid.org>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * Direct Stream Transfer (DST) decoder
25  * ISO/IEC 14496-3 Part 3 Subpart 10: Technical description of lossless coding of oversampled audio
26  */
27
28 #include "libavutil/avassert.h"
29 #include "libavutil/intreadwrite.h"
30 #include "internal.h"
31 #include "get_bits.h"
32 #include "avcodec.h"
33 #include "golomb.h"
34 #include "mathops.h"
35 #include "dsd.h"
36
37 #define DST_MAX_CHANNELS 6
38 #define DST_MAX_ELEMENTS (2 * DST_MAX_CHANNELS)
39
40 #define DSD_FS44(sample_rate) (sample_rate * 8 / 44100)
41
42 #define DST_SAMPLES_PER_FRAME(sample_rate) (588 * DSD_FS44(sample_rate))
43
44 static const int8_t fsets_code_pred_coeff[3][3] = {
45     {  -8 },
46     { -16,  8 },
47     {  -9, -5, 6 },
48 };
49
50 static const int8_t probs_code_pred_coeff[3][3] = {
51     {  -8 },
52     { -16,  8 },
53     { -24, 24, -8 },
54 };
55
56 typedef struct ArithCoder {
57     unsigned int a;
58     unsigned int c;
59 } ArithCoder;
60
61 typedef struct Table {
62     unsigned int elements;
63     unsigned int length[DST_MAX_ELEMENTS];
64     int coeff[DST_MAX_ELEMENTS][128];
65 } Table;
66
67 typedef struct DSTContext {
68     AVClass *class;
69
70     GetBitContext gb;
71     ArithCoder ac;
72     Table fsets, probs;
73     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, status)[DST_MAX_CHANNELS][16];
74     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, filter)[DST_MAX_ELEMENTS][16][256];
75     DSDContext dsdctx[DST_MAX_CHANNELS];
76 } DSTContext;
77
78 static av_cold int decode_init(AVCodecContext *avctx)
79 {
80     DSTContext *s = avctx->priv_data;
81     int i;
82
83     if (avctx->channels > DST_MAX_CHANNELS) {
84         avpriv_request_sample(avctx, "Channel count %d", avctx->channels);
85         return AVERROR_PATCHWELCOME;
86     }
87
88     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
89
90     for (i = 0; i < avctx->channels; i++)
91         memset(s->dsdctx[i].buf, 0x69, sizeof(s->dsdctx[i].buf));
92
93     ff_init_dsd_data();
94
95     return 0;
96 }
97
98 static int read_map(GetBitContext *gb, Table *t, unsigned int map[DST_MAX_CHANNELS], int channels)
99 {
100     int ch;
101     t->elements = 1;
102     map[0] = 0;
103     if (!get_bits1(gb)) {
104         for (ch = 1; ch < channels; ch++) {
105             int bits = av_log2(t->elements) + 1;
106             map[ch] = get_bits(gb, bits);
107             if (map[ch] == t->elements) {
108                 t->elements++;
109                 if (t->elements >= DST_MAX_ELEMENTS)
110                     return AVERROR_INVALIDDATA;
111             } else if (map[ch] > t->elements) {
112                 return AVERROR_INVALIDDATA;
113             }
114         }
115     } else {
116         memset(map, 0, sizeof(*map) * DST_MAX_CHANNELS);
117     }
118     return 0;
119 }
120
121 static av_always_inline int get_sr_golomb_dst(GetBitContext *gb, unsigned int k)
122 {
123     int v = get_ur_golomb(gb, k, get_bits_left(gb), 0);
124     if (v && get_bits1(gb))
125         v = -v;
126     return v;
127 }
128
129 static void read_uncoded_coeff(GetBitContext *gb, int *dst, unsigned int elements,
130                                int coeff_bits, int is_signed, int offset)
131 {
132     int i;
133
134     for (i = 0; i < elements; i++) {
135         dst[i] = (is_signed ? get_sbits(gb, coeff_bits) : get_bits(gb, coeff_bits)) + offset;
136     }
137 }
138
139 static int read_table(GetBitContext *gb, Table *t, const int8_t code_pred_coeff[3][3],
140                       int length_bits, int coeff_bits, int is_signed, int offset)
141 {
142     unsigned int i, j, k;
143     for (i = 0; i < t->elements; i++) {
144         t->length[i] = get_bits(gb, length_bits) + 1;
145         if (!get_bits1(gb)) {
146             read_uncoded_coeff(gb, t->coeff[i], t->length[i], coeff_bits, is_signed, offset);
147         } else {
148             int method = get_bits(gb, 2), lsb_size;
149             if (method == 3)
150                 return AVERROR_INVALIDDATA;
151
152             read_uncoded_coeff(gb, t->coeff[i], method + 1, coeff_bits, is_signed, offset);
153
154             lsb_size  = get_bits(gb, 3);
155             for (j = method + 1; j < t->length[i]; j++) {
156                 int c, x = 0;
157                 for (k = 0; k < method + 1; k++)
158                     x += code_pred_coeff[method][k] * t->coeff[i][j - k - 1];
159                 c = get_sr_golomb_dst(gb, lsb_size);
160                 if (x >= 0)
161                     c -= (x + 4) / 8;
162                 else
163                     c += (-x + 3) / 8;
164                 t->coeff[i][j] = c;
165             }
166         }
167     }
168     return 0;
169 }
170
171 static void ac_init(ArithCoder *ac, GetBitContext *gb)
172 {
173     ac->a = 4095;
174     ac->c = get_bits(gb, 12);
175 }
176
177 static av_always_inline void ac_get(ArithCoder *ac, GetBitContext *gb, int p, int *e)
178 {
179     unsigned int k = (ac->a >> 8) | ((ac->a >> 7) & 1);
180     unsigned int q = k * p;
181     unsigned int a_q = ac->a - q;
182
183     *e = ac->c < a_q;
184     if (*e) {
185         ac->a  = a_q;
186     } else {
187         ac->a  = q;
188         ac->c -= a_q;
189     }
190
191     if (ac->a < 2048) {
192         int n = 11 - av_log2(ac->a);
193         ac->a <<= n;
194         ac->c = (ac->c << n) | get_bits(gb, n);
195     }
196 }
197
198 static uint8_t prob_dst_x_bit(int c)
199 {
200     return (ff_reverse[c & 127] >> 1) + 1;
201 }
202
203 static void build_filter(int16_t table[DST_MAX_ELEMENTS][16][256], const Table *fsets)
204 {
205     int i, j, k, l;
206
207     for (i = 0; i < fsets->elements; i++) {
208         int length = fsets->length[i];
209
210         for (j = 0; j < 16; j++) {
211             int total = av_clip(length - j * 8, 0, 8);
212
213             for (k = 0; k < 256; k++) {
214                 int v = 0;
215
216                 for (l = 0; l < total; l++)
217                     v += (((k >> l) & 1) * 2 - 1) * fsets->coeff[i][j * 8 + l];
218                 table[i][j][k] = v;
219             }
220         }
221     }
222 }
223
224 static int decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
225                         int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
226 {
227     unsigned samples_per_frame = DST_SAMPLES_PER_FRAME(avctx->sample_rate);
228     unsigned map_ch_to_felem[DST_MAX_CHANNELS];
229     unsigned map_ch_to_pelem[DST_MAX_CHANNELS];
230     unsigned i, ch, same_map, dst_x_bit;
231     unsigned half_prob[DST_MAX_CHANNELS];
232     const int channels = avctx->channels;
233     DSTContext *s = avctx->priv_data;
234     GetBitContext *gb = &s->gb;
235     ArithCoder *ac = &s->ac;
236     AVFrame *frame = data;
237     uint8_t *dsd;
238     float *pcm;
239     int ret;
240
241     if (avpkt->size <= 1)
242         return AVERROR_INVALIDDATA;
243
244     frame->nb_samples = samples_per_frame / 8;
245     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
246         return ret;
247     dsd = frame->data[0];
248     pcm = (float *)frame->data[0];
249
250     if ((ret = init_get_bits8(gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
251         return ret;
252
253     if (!get_bits1(gb)) {
254         skip_bits1(gb);
255         if (get_bits(gb, 6))
256             return AVERROR_INVALIDDATA;
257         memcpy(frame->data[0], avpkt->data + 1, FFMIN(avpkt->size - 1, frame->nb_samples * avctx->channels));
258         goto dsd;
259     }
260
261     /* Segmentation (10.4, 10.5, 10.6) */
262
263     if (!get_bits1(gb)) {
264         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Segmentation");
265         return AVERROR_PATCHWELCOME;
266     }
267
268     if (!get_bits1(gb)) {
269         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Segmentation For All Channels");
270         return AVERROR_PATCHWELCOME;
271     }
272
273     if (!get_bits1(gb)) {
274         avpriv_request_sample(avctx, "Not End Of Channel Segmentation");
275         return AVERROR_PATCHWELCOME;
276     }
277
278     /* Mapping (10.7, 10.8, 10.9) */
279
280     same_map = get_bits1(gb);
281
282     if ((ret = read_map(gb, &s->fsets, map_ch_to_felem, avctx->channels)) < 0)
283         return ret;
284
285     if (same_map) {
286         s->probs.elements = s->fsets.elements;
287         memcpy(map_ch_to_pelem, map_ch_to_felem, sizeof(map_ch_to_felem));
288     } else {
289         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Mapping");
290         if ((ret = read_map(gb, &s->probs, map_ch_to_pelem, avctx->channels)) < 0)
291             return ret;
292     }
293
294     /* Half Probability (10.10) */
295
296     for (ch = 0; ch < avctx->channels; ch++)
297         half_prob[ch] = get_bits1(gb);
298
299     /* Filter Coef Sets (10.12) */
300
301     read_table(gb, &s->fsets, fsets_code_pred_coeff, 7, 9, 1, 0);
302
303     /* Probability Tables (10.13) */
304
305     read_table(gb, &s->probs, probs_code_pred_coeff, 6, 7, 0, 1);
306
307     /* Arithmetic Coded Data (10.11) */
308
309     if (get_bits1(gb))
310         return AVERROR_INVALIDDATA;
311     ac_init(ac, gb);
312
313     build_filter(s->filter, &s->fsets);
314
315     memset(s->status, 0xAA, sizeof(s->status));
316     memset(dsd, 0, frame->nb_samples * 4 * avctx->channels);
317
318     ac_get(ac, gb, prob_dst_x_bit(s->fsets.coeff[0][0]), &dst_x_bit);
319
320     for (i = 0; i < samples_per_frame; i++) {
321         for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
322             const unsigned felem = map_ch_to_felem[ch];
323             int16_t (*filter)[256] = s->filter[felem];
324             uint8_t *status = s->status[ch];
325             int prob, residual, v;
326
327 #define F(x) filter[(x)][status[(x)]]
328             const int16_t predict = F( 0) + F( 1) + F( 2) + F( 3) +
329                                     F( 4) + F( 5) + F( 6) + F( 7) +
330                                     F( 8) + F( 9) + F(10) + F(11) +
331                                     F(12) + F(13) + F(14) + F(15);
332 #undef F
333
334             if (!half_prob[ch] || i >= s->fsets.length[felem]) {
335                 unsigned pelem = map_ch_to_pelem[ch];
336                 unsigned index = FFABS(predict) >> 3;
337                 prob = s->probs.coeff[pelem][FFMIN(index, s->probs.length[pelem] - 1)];
338             } else {
339                 prob = 128;
340             }
341
342             ac_get(ac, gb, prob, &residual);
343             v = ((predict >> 15) ^ residual) & 1;
344             dsd[((i >> 3) * channels + ch) << 2] |= v << (7 - (i & 0x7 ));
345
346             AV_WL64A(status + 8, (AV_RL64A(status + 8) << 1) | ((AV_RL64A(status) >> 63) & 1));
347             AV_WL64A(status, (AV_RL64A(status) << 1) | v);
348         }
349     }
350
351 dsd:
352     for (i = 0; i < avctx->channels; i++) {
353         ff_dsd2pcm_translate(&s->dsdctx[i], frame->nb_samples, 0,
354                              frame->data[0] + i * 4,
355                              avctx->channels * 4, pcm + i, avctx->channels);
356     }
357
358     *got_frame_ptr = 1;
359
360     return avpkt->size;
361 }
362
363 AVCodec ff_dst_decoder = {
364     .name           = "dst",
365     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DST (Digital Stream Transfer)"),
366     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
367     .id             = AV_CODEC_ID_DST,
368     .priv_data_size = sizeof(DSTContext),
369     .init           = decode_init,
370     .decode         = decode_frame,
371     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
372     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_FLT,
373                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
374 };