Decode previous 32 frames to avoid seeking artifacts in MPC
[ffmpeg.git] / libavcodec / mpc.c
1 /*
2  * Musepack decoder
3  * Copyright (c) 2006 Konstantin Shishkov
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 /**
24  * @file mpc.c Musepack decoder
25  * MPEG Audio Layer 1/2 -like codec with frames of 1152 samples
26  * divided into 32 subbands.
27  */
28
29 #include "avcodec.h"
30 #include "bitstream.h"
31 #include "dsputil.h"
32
33 #ifdef CONFIG_MPEGAUDIO_HP
34 #define USE_HIGHPRECISION
35 #endif
36 #include "mpegaudio.h"
37
38 #include "mpcdata.h"
39
40 #define BANDS            32
41 #define SAMPLES_PER_BAND 36
42 #define MPC_FRAME_SIZE   (BANDS * SAMPLES_PER_BAND)
43
44 static VLC scfi_vlc, dscf_vlc, hdr_vlc, quant_vlc[MPC7_QUANT_VLC_TABLES][2];
45
46 static DECLARE_ALIGNED_16(MPA_INT, mpa_window[512]);
47
48 typedef struct {
49     DSPContext dsp;
50     int IS, MSS, gapless;
51     int lastframelen, bands;
52     int oldDSCF[2][BANDS];
53     int rnd;
54     int frames_to_skip;
55     /* for synthesis */
56     DECLARE_ALIGNED_16(MPA_INT, synth_buf[MPA_MAX_CHANNELS][512*2]);
57     int synth_buf_offset[MPA_MAX_CHANNELS];
58     DECLARE_ALIGNED_16(int32_t, sb_samples[MPA_MAX_CHANNELS][36][SBLIMIT]);
59 } MPCContext;
60
61 /** Subband structure - hold all variables for each subband */
62 typedef struct {
63     int msf; ///< mid-stereo flag
64     int res[2];
65     int scfi[2];
66     int scf_idx[2][3];
67     int Q[2];
68 }Band;
69
70 static int mpc7_decode_init(AVCodecContext * avctx)
71 {
72     int i, j;
73     MPCContext *c = avctx->priv_data;
74     GetBitContext gb;
75     uint8_t buf[16];
76     float f1=1.20050805774840750476 * 256;
77     static int vlc_inited = 0;
78
79     if(avctx->extradata_size < 16){
80         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too small extradata size (%i)!\n", avctx->extradata_size);
81         return -1;
82     }
83     memset(c->oldDSCF, 0, sizeof(c->oldDSCF));
84     c->rnd = 0xDEADBEEF;
85     dsputil_init(&c->dsp, avctx);
86     c->dsp.bswap_buf(buf, avctx->extradata, 4);
87     ff_mpa_synth_init(mpa_window);
88     init_get_bits(&gb, buf, 128);
89
90     c->IS = get_bits1(&gb);
91     c->MSS = get_bits1(&gb);
92     c->bands = get_bits(&gb, 6);
93     if(c->bands >= BANDS){
94         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many bands: %i\n", c->bands);
95         return -1;
96     }
97     skip_bits(&gb, 88);
98     c->gapless = get_bits1(&gb);
99     c->lastframelen = get_bits(&gb, 11);
100     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "IS: %d, MSS: %d, TG: %d, LFL: %d, bands: %d\n",
101             c->IS, c->MSS, c->gapless, c->lastframelen, c->bands);
102     c->frames_to_skip = 0;
103
104     if(vlc_inited) return 0;
105     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Initing VLC\n");
106     if(init_vlc(&scfi_vlc, MPC7_SCFI_BITS, MPC7_SCFI_SIZE,
107                 &mpc7_scfi[1], 2, 1,
108                 &mpc7_scfi[0], 2, 1, INIT_VLC_USE_STATIC)){
109         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot init SCFI VLC\n");
110         return -1;
111     }
112     if(init_vlc(&dscf_vlc, MPC7_DSCF_BITS, MPC7_DSCF_SIZE,
113                 &mpc7_dscf[1], 2, 1,
114                 &mpc7_dscf[0], 2, 1, INIT_VLC_USE_STATIC)){
115         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot init DSCF VLC\n");
116         return -1;
117     }
118     if(init_vlc(&hdr_vlc, MPC7_HDR_BITS, MPC7_HDR_SIZE,
119                 &mpc7_hdr[1], 2, 1,
120                 &mpc7_hdr[0], 2, 1, INIT_VLC_USE_STATIC)){
121         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot init HDR VLC\n");
122         return -1;
123     }
124     for(i = 0; i < MPC7_QUANT_VLC_TABLES; i++){
125         for(j = 0; j < 2; j++){
126             if(init_vlc(&quant_vlc[i][j], 9, mpc7_quant_vlc_sizes[i],
127                         &mpc7_quant_vlc[i][j][1], 4, 2,
128                         &mpc7_quant_vlc[i][j][0], 4, 2, INIT_VLC_USE_STATIC)){
129                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot init QUANT VLC %i,%i\n",i,j);
130                 return -1;
131             }
132         }
133     }
134     vlc_inited = 1;
135     return 0;
136 }
137
138 // XXX replace with something better
139 static int av_always_inline mpc_rnd(MPCContext *c)
140 {
141     c->rnd = c->rnd * 27 + 17;
142     return c->rnd;
143 }
144
145 /**
146  * Process decoded Musepack data and produce PCM
147  * @todo make it available for MPC8 and MPC6
148  */
149 static void mpc_synth(MPCContext *c, int16_t *out)
150 {
151     int dither_state = 0;
152     int i, ch;
153     OUT_INT samples[MPA_MAX_CHANNELS * MPA_FRAME_SIZE], *samples_ptr;
154
155     for(ch = 0;  ch < 2; ch++){
156         samples_ptr = samples + ch;
157         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND; i++) {
158             ff_mpa_synth_filter(c->synth_buf[ch], &(c->synth_buf_offset[ch]),
159                                 mpa_window, &dither_state,
160                                 samples_ptr, 2,
161                                 c->sb_samples[ch][i]);
162             samples_ptr += 64;
163         }
164     }
165     for(i = 0; i < MPC_FRAME_SIZE*2; i++)
166         *out++=samples[i];
167 }
168
169 /**
170  * Fill samples for given subband
171  */
172 static void inline idx_to_quant(MPCContext *c, GetBitContext *gb, int idx, int *dst)
173 {
174     int i, i1, t;
175     switch(idx){
176     case -1:
177         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND; i++){
178             t = mpc_rnd(c);
179             *dst++ = ((t>>24)& 0xFF) + ((t>>16) & 0xFF) + ((t>>8) & 0xFF) + (t & 0xFF) - 510;
180         }
181     case 1:
182         i1 = get_bits1(gb);
183         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND/3; i++){
184             t = get_vlc2(gb, quant_vlc[0][i1].table, 9, 2);
185             *dst++ = mpc_idx30[t];
186             *dst++ = mpc_idx31[t];
187             *dst++ = mpc_idx32[t];
188         }
189         break;
190     case 2:
191         i1 = get_bits1(gb);
192         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND/2; i++){
193             t = get_vlc2(gb, quant_vlc[1][i1].table, 9, 2);
194             *dst++ = mpc_idx50[t];
195             *dst++ = mpc_idx51[t];
196         }
197         break;
198     case  3: case  4: case  5: case  6: case  7:
199         i1 = get_bits1(gb);
200         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND; i++)
201             *dst++ = get_vlc2(gb, quant_vlc[idx-1][i1].table, 9, 2) - mpc7_quant_vlc_off[idx-1];
202         break;
203     case  8: case  9: case 10: case 11: case 12:
204     case 13: case 14: case 15: case 16: case 17:
205         t = (1 << (idx - 2)) - 1;
206         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND; i++)
207             *dst++ = get_bits(gb, idx - 1) - t;
208         break;
209     default: // case 0 and -2..-17
210         return;
211     }
212 }
213
214 static int mpc7_decode_frame(AVCodecContext * avctx,
215                             void *data, int *data_size,
216                             uint8_t * buf, int buf_size)
217 {
218     MPCContext *c = avctx->priv_data;
219     GetBitContext gb;
220     uint8_t *bits;
221     int i, j, ch, t;
222     int mb = -1;
223     Band bands[BANDS];
224     int Q[2][MPC_FRAME_SIZE];
225     int off;
226     float mul;
227     int bits_used, bits_avail;
228
229     memset(bands, 0, sizeof(bands));
230     if(buf_size <= 4){
231         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too small buffer passed (%i bytes)\n", buf_size);
232     }
233
234     bits = av_malloc((buf_size - 1) & ~3);
235     c->dsp.bswap_buf(bits, buf + 4, (buf_size - 4) >> 2);
236     init_get_bits(&gb, bits, (buf_size - 4)* 8);
237     skip_bits(&gb, buf[0]);
238
239     /* read subband indexes */
240     for(i = 0; i <= c->bands; i++){
241         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
242             if(i) t = get_vlc2(&gb, hdr_vlc.table, MPC7_HDR_BITS, 1) - 5;
243             if(!i || (t == 4)) bands[i].res[ch] = get_bits(&gb, 4);
244             else bands[i].res[ch] = bands[i-1].res[ch] + t;
245         }
246
247         if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
248             mb = i;
249             if(c->MSS) bands[i].msf = get_bits1(&gb);
250         }
251     }
252     /* get scale indexes coding method */
253     for(i = 0; i <= mb; i++)
254         for(ch = 0; ch < 2; ch++)
255             if(bands[i].res[ch]) bands[i].scfi[ch] = get_vlc2(&gb, scfi_vlc.table, MPC7_SCFI_BITS, 1);
256     /* get scale indexes */
257     for(i = 0; i <= mb; i++){
258         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
259             if(bands[i].res[ch]){
260                 bands[i].scf_idx[ch][2] = c->oldDSCF[ch][i];
261                 t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
262                 bands[i].scf_idx[ch][0] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][2] + t);
263                 switch(bands[i].scfi[ch]){
264                 case 0:
265                     t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
266                     bands[i].scf_idx[ch][1] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][0] + t);
267                     t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
268                     bands[i].scf_idx[ch][2] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][1] + t);
269                     break;
270                 case 1:
271                     t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
272                     bands[i].scf_idx[ch][1] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][0] + t);
273                     bands[i].scf_idx[ch][2] = bands[i].scf_idx[ch][1];
274                     break;
275                 case 2:
276                     bands[i].scf_idx[ch][1] = bands[i].scf_idx[ch][0];
277                     t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
278                     bands[i].scf_idx[ch][2] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][1] + t);
279                     break;
280                 case 3:
281                     bands[i].scf_idx[ch][2] = bands[i].scf_idx[ch][1] = bands[i].scf_idx[ch][0];
282                     break;
283                 }
284                 c->oldDSCF[ch][i] = bands[i].scf_idx[ch][2];
285             }
286         }
287     }
288     /* get quantizers */
289     memset(Q, 0, sizeof(Q));
290     off = 0;
291     for(i = 0; i < BANDS; i++, off += SAMPLES_PER_BAND)
292         for(ch = 0; ch < 2; ch++)
293             idx_to_quant(c, &gb, bands[i].res[ch], Q[ch] + off);
294     /* dequantize */
295     memset(c->sb_samples, 0, sizeof(c->sb_samples));
296     off = 0;
297     for(i = 0; i <= mb; i++, off += SAMPLES_PER_BAND){
298         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
299             if(bands[i].res[ch]){
300                 j = 0;
301                 mul = mpc_CC[bands[i].res[ch]] * mpc7_SCF[bands[i].scf_idx[ch][0]];
302                 for(; j < 12; j++)
303                     c->sb_samples[ch][j][i] = mul * Q[ch][j + off];
304                 mul = mpc_CC[bands[i].res[ch]] * mpc7_SCF[bands[i].scf_idx[ch][1]];
305                 for(; j < 24; j++)
306                     c->sb_samples[ch][j][i] = mul * Q[ch][j + off];
307                 mul = mpc_CC[bands[i].res[ch]] * mpc7_SCF[bands[i].scf_idx[ch][2]];
308                 for(; j < 36; j++)
309                     c->sb_samples[ch][j][i] = mul * Q[ch][j + off];
310             }
311         }
312         if(bands[i].msf){
313             int t1, t2;
314             for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
315                 t1 = c->sb_samples[0][j][i];
316                 t2 = c->sb_samples[1][j][i];
317                 c->sb_samples[0][j][i] = t1 + t2;
318                 c->sb_samples[1][j][i] = t1 - t2;
319             }
320         }
321     }
322
323     mpc_synth(c, data);
324
325     av_free(bits);
326
327     bits_used = get_bits_count(&gb);
328     bits_avail = (buf_size - 4) * 8;
329     if(!buf[1] && ((bits_avail < bits_used) || (bits_used + 32 <= bits_avail))){
330         av_log(NULL,0, "Error decoding frame: used %i of %i bits\n", bits_used, bits_avail);
331         return -1;
332     }
333     if(c->frames_to_skip){
334         c->frames_to_skip--;
335         *data_size = 0;
336         return buf_size;
337     }
338     *data_size = (buf[1] ? c->lastframelen : MPC_FRAME_SIZE) * 4;
339
340     return buf_size;
341 }
342
343 static void mpc7_decode_flush(AVCodecContext *avctx)
344 {
345     MPCContext *c = avctx->priv_data;
346
347     memset(c->oldDSCF, 0, sizeof(c->oldDSCF));
348     c->frames_to_skip = 32;
349 }
350
351 AVCodec mpc7_decoder = {
352     "mpc sv7",
353     CODEC_TYPE_AUDIO,
354     CODEC_ID_MUSEPACK7,
355     sizeof(MPCContext),
356     mpc7_decode_init,
357     NULL,
358     NULL,
359     mpc7_decode_frame,
360     .flush = mpc7_decode_flush,
361 };