c37cd504970d0940dbf021bfbd7f3f46646f83c1
[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         av_log(avctx,AV_LOG_ERROR, "maxbands %d too high\n", c->maxbands);
132         return AVERROR_INVALIDDATA;
133     }
134     channels = get_bits(&gb, 4) + 1;
135     if (channels > 2) {
136         av_log_missing_feature(avctx, "Multichannel MPC SV8", 1);
137         return -1;
138     }
139     c->MSS = get_bits1(&gb);
140     c->frames = 1 << (get_bits(&gb, 3) * 2);
141
142     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
143     avctx->channel_layout = (avctx->channels==2) ? AV_CH_LAYOUT_STEREO : AV_CH_LAYOUT_MONO;
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     avcodec_get_frame_defaults(&c->frame);
237     avctx->coded_frame = &c->frame;
238
239     return 0;
240 }
241
242 static int mpc8_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
243                              int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
244 {
245     const uint8_t *buf = avpkt->data;
246     int buf_size = avpkt->size;
247     MPCContext *c = avctx->priv_data;
248     GetBitContext gb2, *gb = &gb2;
249     int i, j, k, ch, cnt, res, t;
250     Band *bands = c->bands;
251     int off;
252     int maxband, keyframe;
253     int last[2];
254
255     /* get output buffer */
256     c->frame.nb_samples = MPC_FRAME_SIZE;
257     if ((res = avctx->get_buffer(avctx, &c->frame)) < 0) {
258         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
259         return res;
260     }
261
262     keyframe = c->cur_frame == 0;
263
264     if(keyframe){
265         memset(c->Q, 0, sizeof(c->Q));
266         c->last_bits_used = 0;
267     }
268     init_get_bits(gb, buf, buf_size * 8);
269     skip_bits(gb, c->last_bits_used & 7);
270
271     if(keyframe)
272         maxband = mpc8_get_mod_golomb(gb, c->maxbands + 1);
273     else{
274         maxband = c->last_max_band + get_vlc2(gb, band_vlc.table, MPC8_BANDS_BITS, 2);
275         if(maxband > 32) maxband -= 33;
276     }
277     if(maxband >= BANDS) {
278         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "maxband %d too large\n",maxband);
279         return AVERROR_INVALIDDATA;
280     }
281     c->last_max_band = maxband;
282
283     /* read subband indexes */
284     if(maxband){
285         last[0] = last[1] = 0;
286         for(i = maxband - 1; i >= 0; i--){
287             for(ch = 0; ch < 2; ch++){
288                 last[ch] = get_vlc2(gb, res_vlc[last[ch] > 2].table, MPC8_RES_BITS, 2) + last[ch];
289                 if(last[ch] > 15) last[ch] -= 17;
290                 bands[i].res[ch] = last[ch];
291             }
292         }
293         if(c->MSS){
294             int mask;
295
296             cnt = 0;
297             for(i = 0; i < maxband; i++)
298                 if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1])
299                     cnt++;
300             t = mpc8_get_mod_golomb(gb, cnt);
301             mask = mpc8_get_mask(gb, cnt, t);
302             for(i = maxband - 1; i >= 0; i--)
303                 if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
304                     bands[i].msf = mask & 1;
305                     mask >>= 1;
306                 }
307         }
308     }
309     for(i = maxband; i < c->maxbands; i++)
310         bands[i].res[0] = bands[i].res[1] = 0;
311
312     if(keyframe){
313         for(i = 0; i < 32; i++)
314             c->oldDSCF[0][i] = c->oldDSCF[1][i] = 1;
315     }
316
317     for(i = 0; i < maxband; i++){
318         if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
319             cnt = !!bands[i].res[0] + !!bands[i].res[1] - 1;
320             if(cnt >= 0){
321                 t = get_vlc2(gb, scfi_vlc[cnt].table, scfi_vlc[cnt].bits, 1);
322                 if(bands[i].res[0]) bands[i].scfi[0] = t >> (2 * cnt);
323                 if(bands[i].res[1]) bands[i].scfi[1] = t & 3;
324             }
325         }
326     }
327
328     for(i = 0; i < maxband; i++){
329         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
330             if(!bands[i].res[ch]) continue;
331
332             if(c->oldDSCF[ch][i]){
333                 bands[i].scf_idx[ch][0] = get_bits(gb, 7) - 6;
334                 c->oldDSCF[ch][i] = 0;
335             }else{
336                 t = get_vlc2(gb, dscf_vlc[1].table, MPC8_DSCF1_BITS, 2);
337                 if(t == 64)
338                     t += get_bits(gb, 6);
339                 bands[i].scf_idx[ch][0] = ((bands[i].scf_idx[ch][2] + t - 25) & 0x7F) - 6;
340             }
341             for(j = 0; j < 2; j++){
342                 if((bands[i].scfi[ch] << j) & 2)
343                     bands[i].scf_idx[ch][j + 1] = bands[i].scf_idx[ch][j];
344                 else{
345                     t = get_vlc2(gb, dscf_vlc[0].table, MPC8_DSCF0_BITS, 2);
346                     if(t == 31)
347                         t = 64 + get_bits(gb, 6);
348                     bands[i].scf_idx[ch][j + 1] = ((bands[i].scf_idx[ch][j] + t - 25) & 0x7F) - 6;
349                 }
350             }
351         }
352     }
353
354     for(i = 0, off = 0; i < maxband; i++, off += SAMPLES_PER_BAND){
355         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
356             res = bands[i].res[ch];
357             switch(res){
358             case -1:
359                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++)
360                     c->Q[ch][off + j] = (av_lfg_get(&c->rnd) & 0x3FC) - 510;
361                 break;
362             case 0:
363                 break;
364             case 1:
365                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += SAMPLES_PER_BAND / 2){
366                     cnt = get_vlc2(gb, q1_vlc.table, MPC8_Q1_BITS, 2);
367                     t = mpc8_get_mask(gb, 18, cnt);
368                     for(k = 0; k < SAMPLES_PER_BAND / 2; k++, t <<= 1)
369                         c->Q[ch][off + j + k] = (t & 0x20000) ? (get_bits1(gb) << 1) - 1 : 0;
370                 }
371                 break;
372             case 2:
373                 cnt = 6;//2*mpc8_thres[res]
374                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += 3){
375                     t = get_vlc2(gb, q2_vlc[cnt > 3].table, MPC8_Q2_BITS, 2);
376                     c->Q[ch][off + j + 0] = mpc8_idx50[t];
377                     c->Q[ch][off + j + 1] = mpc8_idx51[t];
378                     c->Q[ch][off + j + 2] = mpc8_idx52[t];
379                     cnt = (cnt >> 1) + mpc8_huffq2[t];
380                 }
381                 break;
382             case 3:
383             case 4:
384                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += 2){
385                     t = get_vlc2(gb, q3_vlc[res - 3].table, MPC8_Q3_BITS, 2) + q3_offsets[res - 3];
386                     c->Q[ch][off + j + 1] = t >> 4;
387                     c->Q[ch][off + j + 0] = (t & 8) ? (t & 0xF) - 16 : (t & 0xF);
388                 }
389                 break;
390             case 5:
391             case 6:
392             case 7:
393             case 8:
394                 cnt = 2 * mpc8_thres[res];
395                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
396                     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];
397                     c->Q[ch][off + j] = t;
398                     cnt = (cnt >> 1) + FFABS(c->Q[ch][off + j]);
399                 }
400                 break;
401             default:
402                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
403                     c->Q[ch][off + j] = get_vlc2(gb, q9up_vlc.table, MPC8_Q9UP_BITS, 2);
404                     if(res != 9){
405                         c->Q[ch][off + j] <<= res - 9;
406                         c->Q[ch][off + j] |= get_bits(gb, res - 9);
407                     }
408                     c->Q[ch][off + j] -= (1 << (res - 2)) - 1;
409                 }
410             }
411         }
412     }
413
414     ff_mpc_dequantize_and_synth(c, maxband, c->frame.data[0], avctx->channels);
415
416     c->cur_frame++;
417
418     c->last_bits_used = get_bits_count(gb);
419     if(c->cur_frame >= c->frames)
420         c->cur_frame = 0;
421
422     *got_frame_ptr   = 1;
423     *(AVFrame *)data = c->frame;
424
425     return c->cur_frame ? c->last_bits_used >> 3 : buf_size;
426 }
427
428 AVCodec ff_mpc8_decoder = {
429     .name           = "mpc8",
430     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
431     .id             = CODEC_ID_MUSEPACK8,
432     .priv_data_size = sizeof(MPCContext),
433     .init           = mpc8_decode_init,
434     .decode         = mpc8_decode_frame,
435     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
436     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Musepack SV8"),
437 };