3e32a65c0d4fa7078175e82ada392468edd72e71
[ffmpeg.git] / libavcodec / mpc8.c
1 /*
2  * Musepack SV8 decoder
3  * Copyright (c) 2007 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  * @file
24  * MPEG Audio Layer 1/2 -like codec with frames of 1152 samples
25  * divided into 32 subbands.
26  */
27
28 #include "libavutil/lfg.h"
29 #include "avcodec.h"
30 #include "get_bits.h"
31 #include "dsputil.h"
32 #include "mpegaudiodsp.h"
33 #include "libavutil/audioconvert.h"
34
35 #include "mpc.h"
36 #include "mpc8data.h"
37 #include "mpc8huff.h"
38
39 static VLC band_vlc, scfi_vlc[2], dscf_vlc[2], res_vlc[2];
40 static VLC q1_vlc, q2_vlc[2], q3_vlc[2], quant_vlc[4][2], q9up_vlc;
41
42 static const int q3_offsets[2] = { MPC8_Q3_OFFSET, MPC8_Q4_OFFSET };
43 static const int quant_offsets[6] = { MPC8_Q5_OFFSET, MPC8_Q6_OFFSET, MPC8_Q7_OFFSET, MPC8_Q8_OFFSET };
44
45 static inline int mpc8_dec_base(GetBitContext *gb, int k, int n)
46 {
47     int len = mpc8_cnk_len[k-1][n-1] - 1;
48     int code = len ? get_bits_long(gb, len) : 0;
49
50     if (code >= mpc8_cnk_lost[k-1][n-1])
51         code = ((code << 1) | get_bits1(gb)) - mpc8_cnk_lost[k-1][n-1];
52
53     return code;
54 }
55
56 static inline int mpc8_dec_enum(GetBitContext *gb, int k, int n)
57 {
58     int bits = 0;
59     const uint32_t * C = mpc8_cnk[k-1];
60     int code = mpc8_dec_base(gb, k, n);
61
62     do {
63         n--;
64         if (code >= C[n]) {
65             bits |= 1 << n;
66             code -= C[n];
67             C -= 32;
68             k--;
69         }
70     } while(k > 0);
71
72     return bits;
73 }
74
75 static inline int mpc8_get_mod_golomb(GetBitContext *gb, int m)
76 {
77     if(mpc8_cnk_len[0][m] < 1) return 0;
78     return mpc8_dec_base(gb, 1, m+1);
79 }
80
81 static int mpc8_get_mask(GetBitContext *gb, int size, int t)
82 {
83     int mask = 0;
84
85     if(t && t != size)
86          mask = mpc8_dec_enum(gb, FFMIN(t, size - t), size);
87     if((t << 1) > size) mask = ~mask;
88
89     return mask;
90 }
91
92 static const uint16_t vlc_offsets[13] = {
93     0, 640, 1184, 1748, 2298, 2426, 2554, 3066, 3578, 4106, 4618, 5196, 5708
94 };
95
96 static av_cold int mpc8_decode_init(AVCodecContext * avctx)
97 {
98     int i;
99     MPCContext *c = avctx->priv_data;
100     GetBitContext gb;
101     static int vlc_initialized = 0;
102     int channels;
103
104     static VLC_TYPE band_table[542][2];
105     static VLC_TYPE q1_table[520][2];
106     static VLC_TYPE q9up_table[524][2];
107     static VLC_TYPE scfi0_table[1 << MPC8_SCFI0_BITS][2];
108     static VLC_TYPE scfi1_table[1 << MPC8_SCFI1_BITS][2];
109     static VLC_TYPE dscf0_table[560][2];
110     static VLC_TYPE dscf1_table[598][2];
111     static VLC_TYPE q3_0_table[512][2];
112     static VLC_TYPE q3_1_table[516][2];
113     static VLC_TYPE codes_table[5708][2];
114
115     if(avctx->extradata_size < 2){
116         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too small extradata size (%i)!\n", avctx->extradata_size);
117         return -1;
118     }
119     memset(c->oldDSCF, 0, sizeof(c->oldDSCF));
120     av_lfg_init(&c->rnd, 0xDEADBEEF);
121     ff_dsputil_init(&c->dsp, avctx);
122     ff_mpadsp_init(&c->mpadsp);
123
124     ff_mpc_init();
125
126     init_get_bits(&gb, avctx->extradata, 16);
127
128     skip_bits(&gb, 3);//sample rate
129     c->maxbands = get_bits(&gb, 5) + 1;
130     if (c->maxbands >= BANDS)
131         return AVERROR_INVALIDDATA;
132     channels = get_bits(&gb, 4) + 1;
133     if (channels > 2) {
134         av_log_missing_feature(avctx, "Multichannel MPC SV8", 1);
135         return -1;
136     }
137     c->MSS = get_bits1(&gb);
138     c->frames = 1 << (get_bits(&gb, 3) * 2);
139
140     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
141     avctx->channel_layout = (avctx->channels==2) ? AV_CH_LAYOUT_STEREO : AV_CH_LAYOUT_MONO;
142
143     if(vlc_initialized) return 0;
144     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Initing VLC\n");
145
146     band_vlc.table = band_table;
147     band_vlc.table_allocated = 542;
148     init_vlc(&band_vlc, MPC8_BANDS_BITS, MPC8_BANDS_SIZE,
149              mpc8_bands_bits,  1, 1,
150              mpc8_bands_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
151
152     q1_vlc.table = q1_table;
153     q1_vlc.table_allocated = 520;
154     init_vlc(&q1_vlc, MPC8_Q1_BITS, MPC8_Q1_SIZE,
155              mpc8_q1_bits,  1, 1,
156              mpc8_q1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
157     q9up_vlc.table = q9up_table;
158     q9up_vlc.table_allocated = 524;
159     init_vlc(&q9up_vlc, MPC8_Q9UP_BITS, MPC8_Q9UP_SIZE,
160              mpc8_q9up_bits,  1, 1,
161              mpc8_q9up_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
162
163     scfi_vlc[0].table = scfi0_table;
164     scfi_vlc[0].table_allocated = 1 << MPC8_SCFI0_BITS;
165     init_vlc(&scfi_vlc[0], MPC8_SCFI0_BITS, MPC8_SCFI0_SIZE,
166              mpc8_scfi0_bits,  1, 1,
167              mpc8_scfi0_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
168     scfi_vlc[1].table = scfi1_table;
169     scfi_vlc[1].table_allocated = 1 << MPC8_SCFI1_BITS;
170     init_vlc(&scfi_vlc[1], MPC8_SCFI1_BITS, MPC8_SCFI1_SIZE,
171              mpc8_scfi1_bits,  1, 1,
172              mpc8_scfi1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
173
174     dscf_vlc[0].table = dscf0_table;
175     dscf_vlc[0].table_allocated = 560;
176     init_vlc(&dscf_vlc[0], MPC8_DSCF0_BITS, MPC8_DSCF0_SIZE,
177              mpc8_dscf0_bits,  1, 1,
178              mpc8_dscf0_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
179     dscf_vlc[1].table = dscf1_table;
180     dscf_vlc[1].table_allocated = 598;
181     init_vlc(&dscf_vlc[1], MPC8_DSCF1_BITS, MPC8_DSCF1_SIZE,
182              mpc8_dscf1_bits,  1, 1,
183              mpc8_dscf1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
184
185     q3_vlc[0].table = q3_0_table;
186     q3_vlc[0].table_allocated = 512;
187     ff_init_vlc_sparse(&q3_vlc[0], MPC8_Q3_BITS, MPC8_Q3_SIZE,
188              mpc8_q3_bits,  1, 1,
189              mpc8_q3_codes, 1, 1,
190              mpc8_q3_syms,  1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
191     q3_vlc[1].table = q3_1_table;
192     q3_vlc[1].table_allocated = 516;
193     ff_init_vlc_sparse(&q3_vlc[1], MPC8_Q4_BITS, MPC8_Q4_SIZE,
194              mpc8_q4_bits,  1, 1,
195              mpc8_q4_codes, 1, 1,
196              mpc8_q4_syms,  1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
197
198     for(i = 0; i < 2; i++){
199         res_vlc[i].table = &codes_table[vlc_offsets[0+i]];
200         res_vlc[i].table_allocated = vlc_offsets[1+i] - vlc_offsets[0+i];
201         init_vlc(&res_vlc[i], MPC8_RES_BITS, MPC8_RES_SIZE,
202                  &mpc8_res_bits[i],  1, 1,
203                  &mpc8_res_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
204
205         q2_vlc[i].table = &codes_table[vlc_offsets[2+i]];
206         q2_vlc[i].table_allocated = vlc_offsets[3+i] - vlc_offsets[2+i];
207         init_vlc(&q2_vlc[i], MPC8_Q2_BITS, MPC8_Q2_SIZE,
208                  &mpc8_q2_bits[i],  1, 1,
209                  &mpc8_q2_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
210
211         quant_vlc[0][i].table = &codes_table[vlc_offsets[4+i]];
212         quant_vlc[0][i].table_allocated = vlc_offsets[5+i] - vlc_offsets[4+i];
213         init_vlc(&quant_vlc[0][i], MPC8_Q5_BITS, MPC8_Q5_SIZE,
214                  &mpc8_q5_bits[i],  1, 1,
215                  &mpc8_q5_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
216         quant_vlc[1][i].table = &codes_table[vlc_offsets[6+i]];
217         quant_vlc[1][i].table_allocated = vlc_offsets[7+i] - vlc_offsets[6+i];
218         init_vlc(&quant_vlc[1][i], MPC8_Q6_BITS, MPC8_Q6_SIZE,
219                  &mpc8_q6_bits[i],  1, 1,
220                  &mpc8_q6_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
221         quant_vlc[2][i].table = &codes_table[vlc_offsets[8+i]];
222         quant_vlc[2][i].table_allocated = vlc_offsets[9+i] - vlc_offsets[8+i];
223         init_vlc(&quant_vlc[2][i], MPC8_Q7_BITS, MPC8_Q7_SIZE,
224                  &mpc8_q7_bits[i],  1, 1,
225                  &mpc8_q7_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
226         quant_vlc[3][i].table = &codes_table[vlc_offsets[10+i]];
227         quant_vlc[3][i].table_allocated = vlc_offsets[11+i] - vlc_offsets[10+i];
228         init_vlc(&quant_vlc[3][i], MPC8_Q8_BITS, MPC8_Q8_SIZE,
229                  &mpc8_q8_bits[i],  1, 1,
230                  &mpc8_q8_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
231     }
232     vlc_initialized = 1;
233
234     avcodec_get_frame_defaults(&c->frame);
235     avctx->coded_frame = &c->frame;
236
237     return 0;
238 }
239
240 static int mpc8_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
241                              int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
242 {
243     const uint8_t *buf = avpkt->data;
244     int buf_size = avpkt->size;
245     MPCContext *c = avctx->priv_data;
246     GetBitContext gb2, *gb = &gb2;
247     int i, j, k, ch, cnt, res, t;
248     Band *bands = c->bands;
249     int off;
250     int maxband, keyframe;
251     int last[2];
252
253     /* get output buffer */
254     c->frame.nb_samples = MPC_FRAME_SIZE;
255     if ((res = avctx->get_buffer(avctx, &c->frame)) < 0) {
256         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
257         return res;
258     }
259
260     keyframe = c->cur_frame == 0;
261
262     if(keyframe){
263         memset(c->Q, 0, sizeof(c->Q));
264         c->last_bits_used = 0;
265     }
266     init_get_bits(gb, buf, buf_size * 8);
267     skip_bits(gb, c->last_bits_used & 7);
268
269     if(keyframe)
270         maxband = mpc8_get_mod_golomb(gb, c->maxbands + 1);
271     else{
272         maxband = c->last_max_band + get_vlc2(gb, band_vlc.table, MPC8_BANDS_BITS, 2);
273         if(maxband > 32) maxband -= 33;
274     }
275     if(maxband > c->maxbands)
276         return AVERROR_INVALIDDATA;
277     c->last_max_band = maxband;
278
279     /* read subband indexes */
280     if(maxband){
281         last[0] = last[1] = 0;
282         for(i = maxband - 1; i >= 0; i--){
283             for(ch = 0; ch < 2; ch++){
284                 last[ch] = get_vlc2(gb, res_vlc[last[ch] > 2].table, MPC8_RES_BITS, 2) + last[ch];
285                 if(last[ch] > 15) last[ch] -= 17;
286                 bands[i].res[ch] = last[ch];
287             }
288         }
289         if(c->MSS){
290             int mask;
291
292             cnt = 0;
293             for(i = 0; i < maxband; i++)
294                 if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1])
295                     cnt++;
296             t = mpc8_get_mod_golomb(gb, cnt);
297             mask = mpc8_get_mask(gb, cnt, t);
298             for(i = maxband - 1; i >= 0; i--)
299                 if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
300                     bands[i].msf = mask & 1;
301                     mask >>= 1;
302                 }
303         }
304     }
305     for(i = maxband; i < c->maxbands; i++)
306         bands[i].res[0] = bands[i].res[1] = 0;
307
308     if(keyframe){
309         for(i = 0; i < 32; i++)
310             c->oldDSCF[0][i] = c->oldDSCF[1][i] = 1;
311     }
312
313     for(i = 0; i < maxband; i++){
314         if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
315             cnt = !!bands[i].res[0] + !!bands[i].res[1] - 1;
316             if(cnt >= 0){
317                 t = get_vlc2(gb, scfi_vlc[cnt].table, scfi_vlc[cnt].bits, 1);
318                 if(bands[i].res[0]) bands[i].scfi[0] = t >> (2 * cnt);
319                 if(bands[i].res[1]) bands[i].scfi[1] = t & 3;
320             }
321         }
322     }
323
324     for(i = 0; i < maxband; i++){
325         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
326             if(!bands[i].res[ch]) continue;
327
328             if(c->oldDSCF[ch][i]){
329                 bands[i].scf_idx[ch][0] = get_bits(gb, 7) - 6;
330                 c->oldDSCF[ch][i] = 0;
331             }else{
332                 t = get_vlc2(gb, dscf_vlc[1].table, MPC8_DSCF1_BITS, 2);
333                 if(t == 64)
334                     t += get_bits(gb, 6);
335                 bands[i].scf_idx[ch][0] = ((bands[i].scf_idx[ch][2] + t - 25) & 0x7F) - 6;
336             }
337             for(j = 0; j < 2; j++){
338                 if((bands[i].scfi[ch] << j) & 2)
339                     bands[i].scf_idx[ch][j + 1] = bands[i].scf_idx[ch][j];
340                 else{
341                     t = get_vlc2(gb, dscf_vlc[0].table, MPC8_DSCF0_BITS, 2);
342                     if(t == 31)
343                         t = 64 + get_bits(gb, 6);
344                     bands[i].scf_idx[ch][j + 1] = ((bands[i].scf_idx[ch][j] + t - 25) & 0x7F) - 6;
345                 }
346             }
347         }
348     }
349
350     for(i = 0, off = 0; i < maxband; i++, off += SAMPLES_PER_BAND){
351         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
352             res = bands[i].res[ch];
353             switch(res){
354             case -1:
355                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++)
356                     c->Q[ch][off + j] = (av_lfg_get(&c->rnd) & 0x3FC) - 510;
357                 break;
358             case 0:
359                 break;
360             case 1:
361                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += SAMPLES_PER_BAND / 2){
362                     cnt = get_vlc2(gb, q1_vlc.table, MPC8_Q1_BITS, 2);
363                     t = mpc8_get_mask(gb, 18, cnt);
364                     for(k = 0; k < SAMPLES_PER_BAND / 2; k++, t <<= 1)
365                         c->Q[ch][off + j + k] = (t & 0x20000) ? (get_bits1(gb) << 1) - 1 : 0;
366                 }
367                 break;
368             case 2:
369                 cnt = 6;//2*mpc8_thres[res]
370                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += 3){
371                     t = get_vlc2(gb, q2_vlc[cnt > 3].table, MPC8_Q2_BITS, 2);
372                     c->Q[ch][off + j + 0] = mpc8_idx50[t];
373                     c->Q[ch][off + j + 1] = mpc8_idx51[t];
374                     c->Q[ch][off + j + 2] = mpc8_idx52[t];
375                     cnt = (cnt >> 1) + mpc8_huffq2[t];
376                 }
377                 break;
378             case 3:
379             case 4:
380                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += 2){
381                     t = get_vlc2(gb, q3_vlc[res - 3].table, MPC8_Q3_BITS, 2) + q3_offsets[res - 3];
382                     c->Q[ch][off + j + 1] = t >> 4;
383                     c->Q[ch][off + j + 0] = (t & 8) ? (t & 0xF) - 16 : (t & 0xF);
384                 }
385                 break;
386             case 5:
387             case 6:
388             case 7:
389             case 8:
390                 cnt = 2 * mpc8_thres[res];
391                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
392                     t = get_vlc2(gb, quant_vlc[res - 5][cnt > mpc8_thres[res]].table, quant_vlc[res - 5][cnt > mpc8_thres[res]].bits, 2) + quant_offsets[res - 5];
393                     c->Q[ch][off + j] = t;
394                     cnt = (cnt >> 1) + FFABS(c->Q[ch][off + j]);
395                 }
396                 break;
397             default:
398                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
399                     c->Q[ch][off + j] = get_vlc2(gb, q9up_vlc.table, MPC8_Q9UP_BITS, 2);
400                     if(res != 9){
401                         c->Q[ch][off + j] <<= res - 9;
402                         c->Q[ch][off + j] |= get_bits(gb, res - 9);
403                     }
404                     c->Q[ch][off + j] -= (1 << (res - 2)) - 1;
405                 }
406             }
407         }
408     }
409
410     ff_mpc_dequantize_and_synth(c, maxband, c->frame.data[0], avctx->channels);
411
412     c->cur_frame++;
413
414     c->last_bits_used = get_bits_count(gb);
415     if(c->cur_frame >= c->frames)
416         c->cur_frame = 0;
417
418     *got_frame_ptr   = 1;
419     *(AVFrame *)data = c->frame;
420
421     return c->cur_frame ? c->last_bits_used >> 3 : buf_size;
422 }
423
424 AVCodec ff_mpc8_decoder = {
425     .name           = "mpc8",
426     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
427     .id             = CODEC_ID_MUSEPACK8,
428     .priv_data_size = sizeof(MPCContext),
429     .init           = mpc8_decode_init,
430     .decode         = mpc8_decode_frame,
431     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
432     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Musepack SV8"),
433 };