80e0e9e68df896a9d8e49b38afa0e88175ff729d
[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/channel_layout.h"
29 #include "libavutil/lfg.h"
30 #include "avcodec.h"
31 #include "get_bits.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "mpegaudiodsp.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_mpadsp_init(&c->mpadsp);
122
123     ff_mpc_init();
124
125     init_get_bits(&gb, avctx->extradata, 16);
126
127     skip_bits(&gb, 3);//sample rate
128     c->maxbands = get_bits(&gb, 5) + 1;
129     if (c->maxbands >= BANDS) {
130         av_log(avctx,AV_LOG_ERROR, "maxbands %d too high\n", c->maxbands);
131         return AVERROR_INVALIDDATA;
132     }
133     channels = get_bits(&gb, 4) + 1;
134     if (channels > 2) {
135         avpriv_request_sample(avctx, "Multichannel MPC SV8");
136         return AVERROR_PATCHWELCOME;
137     }
138     c->MSS = get_bits1(&gb);
139     c->frames = 1 << (get_bits(&gb, 3) * 2);
140
141     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16P;
142     avctx->channel_layout = (channels==2) ? AV_CH_LAYOUT_STEREO : AV_CH_LAYOUT_MONO;
143     avctx->channels = channels;
144
145     if(vlc_initialized) return 0;
146     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Initing VLC\n");
147
148     band_vlc.table = band_table;
149     band_vlc.table_allocated = 542;
150     init_vlc(&band_vlc, MPC8_BANDS_BITS, MPC8_BANDS_SIZE,
151              mpc8_bands_bits,  1, 1,
152              mpc8_bands_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
153
154     q1_vlc.table = q1_table;
155     q1_vlc.table_allocated = 520;
156     init_vlc(&q1_vlc, MPC8_Q1_BITS, MPC8_Q1_SIZE,
157              mpc8_q1_bits,  1, 1,
158              mpc8_q1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
159     q9up_vlc.table = q9up_table;
160     q9up_vlc.table_allocated = 524;
161     init_vlc(&q9up_vlc, MPC8_Q9UP_BITS, MPC8_Q9UP_SIZE,
162              mpc8_q9up_bits,  1, 1,
163              mpc8_q9up_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
164
165     scfi_vlc[0].table = scfi0_table;
166     scfi_vlc[0].table_allocated = 1 << MPC8_SCFI0_BITS;
167     init_vlc(&scfi_vlc[0], MPC8_SCFI0_BITS, MPC8_SCFI0_SIZE,
168              mpc8_scfi0_bits,  1, 1,
169              mpc8_scfi0_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
170     scfi_vlc[1].table = scfi1_table;
171     scfi_vlc[1].table_allocated = 1 << MPC8_SCFI1_BITS;
172     init_vlc(&scfi_vlc[1], MPC8_SCFI1_BITS, MPC8_SCFI1_SIZE,
173              mpc8_scfi1_bits,  1, 1,
174              mpc8_scfi1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
175
176     dscf_vlc[0].table = dscf0_table;
177     dscf_vlc[0].table_allocated = 560;
178     init_vlc(&dscf_vlc[0], MPC8_DSCF0_BITS, MPC8_DSCF0_SIZE,
179              mpc8_dscf0_bits,  1, 1,
180              mpc8_dscf0_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
181     dscf_vlc[1].table = dscf1_table;
182     dscf_vlc[1].table_allocated = 598;
183     init_vlc(&dscf_vlc[1], MPC8_DSCF1_BITS, MPC8_DSCF1_SIZE,
184              mpc8_dscf1_bits,  1, 1,
185              mpc8_dscf1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
186
187     q3_vlc[0].table = q3_0_table;
188     q3_vlc[0].table_allocated = 512;
189     ff_init_vlc_sparse(&q3_vlc[0], MPC8_Q3_BITS, MPC8_Q3_SIZE,
190              mpc8_q3_bits,  1, 1,
191              mpc8_q3_codes, 1, 1,
192              mpc8_q3_syms,  1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
193     q3_vlc[1].table = q3_1_table;
194     q3_vlc[1].table_allocated = 516;
195     ff_init_vlc_sparse(&q3_vlc[1], MPC8_Q4_BITS, MPC8_Q4_SIZE,
196              mpc8_q4_bits,  1, 1,
197              mpc8_q4_codes, 1, 1,
198              mpc8_q4_syms,  1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
199
200     for(i = 0; i < 2; i++){
201         res_vlc[i].table = &codes_table[vlc_offsets[0+i]];
202         res_vlc[i].table_allocated = vlc_offsets[1+i] - vlc_offsets[0+i];
203         init_vlc(&res_vlc[i], MPC8_RES_BITS, MPC8_RES_SIZE,
204                  &mpc8_res_bits[i],  1, 1,
205                  &mpc8_res_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
206
207         q2_vlc[i].table = &codes_table[vlc_offsets[2+i]];
208         q2_vlc[i].table_allocated = vlc_offsets[3+i] - vlc_offsets[2+i];
209         init_vlc(&q2_vlc[i], MPC8_Q2_BITS, MPC8_Q2_SIZE,
210                  &mpc8_q2_bits[i],  1, 1,
211                  &mpc8_q2_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
212
213         quant_vlc[0][i].table = &codes_table[vlc_offsets[4+i]];
214         quant_vlc[0][i].table_allocated = vlc_offsets[5+i] - vlc_offsets[4+i];
215         init_vlc(&quant_vlc[0][i], MPC8_Q5_BITS, MPC8_Q5_SIZE,
216                  &mpc8_q5_bits[i],  1, 1,
217                  &mpc8_q5_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
218         quant_vlc[1][i].table = &codes_table[vlc_offsets[6+i]];
219         quant_vlc[1][i].table_allocated = vlc_offsets[7+i] - vlc_offsets[6+i];
220         init_vlc(&quant_vlc[1][i], MPC8_Q6_BITS, MPC8_Q6_SIZE,
221                  &mpc8_q6_bits[i],  1, 1,
222                  &mpc8_q6_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
223         quant_vlc[2][i].table = &codes_table[vlc_offsets[8+i]];
224         quant_vlc[2][i].table_allocated = vlc_offsets[9+i] - vlc_offsets[8+i];
225         init_vlc(&quant_vlc[2][i], MPC8_Q7_BITS, MPC8_Q7_SIZE,
226                  &mpc8_q7_bits[i],  1, 1,
227                  &mpc8_q7_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
228         quant_vlc[3][i].table = &codes_table[vlc_offsets[10+i]];
229         quant_vlc[3][i].table_allocated = vlc_offsets[11+i] - vlc_offsets[10+i];
230         init_vlc(&quant_vlc[3][i], MPC8_Q8_BITS, MPC8_Q8_SIZE,
231                  &mpc8_q8_bits[i],  1, 1,
232                  &mpc8_q8_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
233     }
234     vlc_initialized = 1;
235
236     return 0;
237 }
238
239 static int mpc8_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
240                              int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
241 {
242     AVFrame *frame     = data;
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     frame->nb_samples = MPC_FRAME_SIZE;
255     if ((res = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
256         return res;
257
258     keyframe = c->cur_frame == 0;
259
260     if(keyframe){
261         memset(c->Q, 0, sizeof(c->Q));
262         c->last_bits_used = 0;
263     }
264     if ((res = init_get_bits8(gb, buf, buf_size)) < 0)
265         return res;
266
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
276     if(maxband > c->maxbands + 1) {
277         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "maxband %d too large\n",maxband);
278         return AVERROR_INVALIDDATA;
279     }
280     c->last_max_band = maxband;
281
282     /* read subband indexes */
283     if(maxband){
284         last[0] = last[1] = 0;
285         for(i = maxband - 1; i >= 0; i--){
286             for(ch = 0; ch < 2; ch++){
287                 last[ch] = get_vlc2(gb, res_vlc[last[ch] > 2].table, MPC8_RES_BITS, 2) + last[ch];
288                 if(last[ch] > 15) last[ch] -= 17;
289                 bands[i].res[ch] = last[ch];
290             }
291         }
292         if(c->MSS){
293             int mask;
294
295             cnt = 0;
296             for(i = 0; i < maxband; i++)
297                 if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1])
298                     cnt++;
299             t = mpc8_get_mod_golomb(gb, cnt);
300             mask = mpc8_get_mask(gb, cnt, t);
301             for(i = maxband - 1; i >= 0; i--)
302                 if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
303                     bands[i].msf = mask & 1;
304                     mask >>= 1;
305                 }
306         }
307     }
308     for(i = maxband; i < c->maxbands; i++)
309         bands[i].res[0] = bands[i].res[1] = 0;
310
311     if(keyframe){
312         for(i = 0; i < 32; i++)
313             c->oldDSCF[0][i] = c->oldDSCF[1][i] = 1;
314     }
315
316     for(i = 0; i < maxband; i++){
317         if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
318             cnt = !!bands[i].res[0] + !!bands[i].res[1] - 1;
319             if(cnt >= 0){
320                 t = get_vlc2(gb, scfi_vlc[cnt].table, scfi_vlc[cnt].bits, 1);
321                 if(bands[i].res[0]) bands[i].scfi[0] = t >> (2 * cnt);
322                 if(bands[i].res[1]) bands[i].scfi[1] = t & 3;
323             }
324         }
325     }
326
327     for(i = 0; i < maxband; i++){
328         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
329             if(!bands[i].res[ch]) continue;
330
331             if(c->oldDSCF[ch][i]){
332                 bands[i].scf_idx[ch][0] = get_bits(gb, 7) - 6;
333                 c->oldDSCF[ch][i] = 0;
334             }else{
335                 t = get_vlc2(gb, dscf_vlc[1].table, MPC8_DSCF1_BITS, 2);
336                 if(t == 64)
337                     t += get_bits(gb, 6);
338                 bands[i].scf_idx[ch][0] = ((bands[i].scf_idx[ch][2] + t - 25) & 0x7F) - 6;
339             }
340             for(j = 0; j < 2; j++){
341                 if((bands[i].scfi[ch] << j) & 2)
342                     bands[i].scf_idx[ch][j + 1] = bands[i].scf_idx[ch][j];
343                 else{
344                     t = get_vlc2(gb, dscf_vlc[0].table, MPC8_DSCF0_BITS, 2);
345                     if(t == 31)
346                         t = 64 + get_bits(gb, 6);
347                     bands[i].scf_idx[ch][j + 1] = ((bands[i].scf_idx[ch][j] + t - 25) & 0x7F) - 6;
348                 }
349             }
350         }
351     }
352
353     for(i = 0, off = 0; i < maxband; i++, off += SAMPLES_PER_BAND){
354         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
355             res = bands[i].res[ch];
356             switch(res){
357             case -1:
358                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++)
359                     c->Q[ch][off + j] = (av_lfg_get(&c->rnd) & 0x3FC) - 510;
360                 break;
361             case 0:
362                 break;
363             case 1:
364                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += SAMPLES_PER_BAND / 2){
365                     cnt = get_vlc2(gb, q1_vlc.table, MPC8_Q1_BITS, 2);
366                     t = mpc8_get_mask(gb, 18, cnt);
367                     for(k = 0; k < SAMPLES_PER_BAND / 2; k++, t <<= 1)
368                         c->Q[ch][off + j + k] = (t & 0x20000) ? (get_bits1(gb) << 1) - 1 : 0;
369                 }
370                 break;
371             case 2:
372                 cnt = 6;//2*mpc8_thres[res]
373                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += 3){
374                     t = get_vlc2(gb, q2_vlc[cnt > 3].table, MPC8_Q2_BITS, 2);
375                     c->Q[ch][off + j + 0] = mpc8_idx50[t];
376                     c->Q[ch][off + j + 1] = mpc8_idx51[t];
377                     c->Q[ch][off + j + 2] = mpc8_idx52[t];
378                     cnt = (cnt >> 1) + mpc8_huffq2[t];
379                 }
380                 break;
381             case 3:
382             case 4:
383                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += 2){
384                     t = get_vlc2(gb, q3_vlc[res - 3].table, MPC8_Q3_BITS, 2) + q3_offsets[res - 3];
385                     c->Q[ch][off + j + 1] = t >> 4;
386                     c->Q[ch][off + j + 0] = (t & 8) ? (t & 0xF) - 16 : (t & 0xF);
387                 }
388                 break;
389             case 5:
390             case 6:
391             case 7:
392             case 8:
393                 cnt = 2 * mpc8_thres[res];
394                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
395                     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];
396                     c->Q[ch][off + j] = t;
397                     cnt = (cnt >> 1) + FFABS(c->Q[ch][off + j]);
398                 }
399                 break;
400             default:
401                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
402                     c->Q[ch][off + j] = get_vlc2(gb, q9up_vlc.table, MPC8_Q9UP_BITS, 2);
403                     if(res != 9){
404                         c->Q[ch][off + j] <<= res - 9;
405                         c->Q[ch][off + j] |= get_bits(gb, res - 9);
406                     }
407                     c->Q[ch][off + j] -= (1 << (res - 2)) - 1;
408                 }
409             }
410         }
411     }
412
413     ff_mpc_dequantize_and_synth(c, maxband - 1,
414                                 (int16_t **)frame->extended_data,
415                                 avctx->channels);
416
417     c->cur_frame++;
418
419     c->last_bits_used = get_bits_count(gb);
420     if(c->cur_frame >= c->frames)
421         c->cur_frame = 0;
422     if(c->cur_frame == 0 && get_bits_left(gb) < 8) {// we have only padding left
423         c->last_bits_used = buf_size << 3;
424     } else if (get_bits_left(gb) < 0) {
425         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Overread %d\n", -get_bits_left(gb));
426         c->last_bits_used = buf_size << 3;
427     }
428
429     *got_frame_ptr = 1;
430
431     return c->cur_frame ? c->last_bits_used >> 3 : buf_size;
432 }
433
434 static av_cold void mpc8_decode_flush(AVCodecContext *avctx)
435 {
436     MPCContext *c = avctx->priv_data;
437     c->cur_frame = 0;
438 }
439
440 AVCodec ff_mpc8_decoder = {
441     .name           = "mpc8",
442     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Musepack SV8"),
443     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
444     .id             = AV_CODEC_ID_MUSEPACK8,
445     .priv_data_size = sizeof(MPCContext),
446     .init           = mpc8_decode_init,
447     .decode         = mpc8_decode_frame,
448     .flush          = mpc8_decode_flush,
449     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
450     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_S16P,
451                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
452 };