Correct reading bits in MPC SV8 base codes (when we have to read 0 or >16 bits).
[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 libavcodec/mpc8.c Musepack SV8 decoder
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 "mpegaudio.h"
33
34 #include "mpc.h"
35 #include "mpcdata.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
103     static VLC_TYPE band_table[542][2];
104     static VLC_TYPE q1_table[520][2];
105     static VLC_TYPE q9up_table[524][2];
106     static VLC_TYPE scfi0_table[1 << MPC8_SCFI0_BITS][2];
107     static VLC_TYPE scfi1_table[1 << MPC8_SCFI1_BITS][2];
108     static VLC_TYPE dscf0_table[560][2];
109     static VLC_TYPE dscf1_table[598][2];
110     static VLC_TYPE q3_0_table[512][2];
111     static VLC_TYPE q3_1_table[516][2];
112     static VLC_TYPE codes_table[5708][2];
113
114     if(avctx->extradata_size < 2){
115         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too small extradata size (%i)!\n", avctx->extradata_size);
116         return -1;
117     }
118     memset(c->oldDSCF, 0, sizeof(c->oldDSCF));
119     av_lfg_init(&c->rnd, 0xDEADBEEF);
120     dsputil_init(&c->dsp, avctx);
121
122     ff_mpc_init();
123
124     init_get_bits(&gb, avctx->extradata, 16);
125
126     skip_bits(&gb, 3);//sample rate
127     c->maxbands = get_bits(&gb, 5) + 1;
128     skip_bits(&gb, 4);//channels
129     c->MSS = get_bits1(&gb);
130     c->frames = 1 << (get_bits(&gb, 3) * 2);
131
132     if(vlc_initialized) return 0;
133     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Initing VLC\n");
134
135     band_vlc.table = band_table;
136     band_vlc.table_allocated = 542;
137     init_vlc(&band_vlc, MPC8_BANDS_BITS, MPC8_BANDS_SIZE,
138              mpc8_bands_bits,  1, 1,
139              mpc8_bands_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
140
141     q1_vlc.table = q1_table;
142     q1_vlc.table_allocated = 520;
143     init_vlc(&q1_vlc, MPC8_Q1_BITS, MPC8_Q1_SIZE,
144              mpc8_q1_bits,  1, 1,
145              mpc8_q1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
146     q9up_vlc.table = q9up_table;
147     q9up_vlc.table_allocated = 524;
148     init_vlc(&q9up_vlc, MPC8_Q9UP_BITS, MPC8_Q9UP_SIZE,
149              mpc8_q9up_bits,  1, 1,
150              mpc8_q9up_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
151
152     scfi_vlc[0].table = scfi0_table;
153     scfi_vlc[0].table_allocated = 1 << MPC8_SCFI0_BITS;
154     init_vlc(&scfi_vlc[0], MPC8_SCFI0_BITS, MPC8_SCFI0_SIZE,
155              mpc8_scfi0_bits,  1, 1,
156              mpc8_scfi0_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
157     scfi_vlc[1].table = scfi1_table;
158     scfi_vlc[1].table_allocated = 1 << MPC8_SCFI1_BITS;
159     init_vlc(&scfi_vlc[1], MPC8_SCFI1_BITS, MPC8_SCFI1_SIZE,
160              mpc8_scfi1_bits,  1, 1,
161              mpc8_scfi1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
162
163     dscf_vlc[0].table = dscf0_table;
164     dscf_vlc[0].table_allocated = 560;
165     init_vlc(&dscf_vlc[0], MPC8_DSCF0_BITS, MPC8_DSCF0_SIZE,
166              mpc8_dscf0_bits,  1, 1,
167              mpc8_dscf0_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
168     dscf_vlc[1].table = dscf1_table;
169     dscf_vlc[1].table_allocated = 598;
170     init_vlc(&dscf_vlc[1], MPC8_DSCF1_BITS, MPC8_DSCF1_SIZE,
171              mpc8_dscf1_bits,  1, 1,
172              mpc8_dscf1_codes, 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
173
174     q3_vlc[0].table = q3_0_table;
175     q3_vlc[0].table_allocated = 512;
176     init_vlc_sparse(&q3_vlc[0], MPC8_Q3_BITS, MPC8_Q3_SIZE,
177              mpc8_q3_bits,  1, 1,
178              mpc8_q3_codes, 1, 1,
179              mpc8_q3_syms,  1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
180     q3_vlc[1].table = q3_1_table;
181     q3_vlc[1].table_allocated = 516;
182     init_vlc_sparse(&q3_vlc[1], MPC8_Q4_BITS, MPC8_Q4_SIZE,
183              mpc8_q4_bits,  1, 1,
184              mpc8_q4_codes, 1, 1,
185              mpc8_q4_syms,  1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
186
187     for(i = 0; i < 2; i++){
188         res_vlc[i].table = &codes_table[vlc_offsets[0+i]];
189         res_vlc[i].table_allocated = vlc_offsets[1+i] - vlc_offsets[0+i];
190         init_vlc(&res_vlc[i], MPC8_RES_BITS, MPC8_RES_SIZE,
191                  &mpc8_res_bits[i],  1, 1,
192                  &mpc8_res_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
193
194         q2_vlc[i].table = &codes_table[vlc_offsets[2+i]];
195         q2_vlc[i].table_allocated = vlc_offsets[3+i] - vlc_offsets[2+i];
196         init_vlc(&q2_vlc[i], MPC8_Q2_BITS, MPC8_Q2_SIZE,
197                  &mpc8_q2_bits[i],  1, 1,
198                  &mpc8_q2_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
199
200         quant_vlc[0][i].table = &codes_table[vlc_offsets[4+i]];
201         quant_vlc[0][i].table_allocated = vlc_offsets[5+i] - vlc_offsets[4+i];
202         init_vlc(&quant_vlc[0][i], MPC8_Q5_BITS, MPC8_Q5_SIZE,
203                  &mpc8_q5_bits[i],  1, 1,
204                  &mpc8_q5_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
205         quant_vlc[1][i].table = &codes_table[vlc_offsets[6+i]];
206         quant_vlc[1][i].table_allocated = vlc_offsets[7+i] - vlc_offsets[6+i];
207         init_vlc(&quant_vlc[1][i], MPC8_Q6_BITS, MPC8_Q6_SIZE,
208                  &mpc8_q6_bits[i],  1, 1,
209                  &mpc8_q6_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
210         quant_vlc[2][i].table = &codes_table[vlc_offsets[8+i]];
211         quant_vlc[2][i].table_allocated = vlc_offsets[9+i] - vlc_offsets[8+i];
212         init_vlc(&quant_vlc[2][i], MPC8_Q7_BITS, MPC8_Q7_SIZE,
213                  &mpc8_q7_bits[i],  1, 1,
214                  &mpc8_q7_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
215         quant_vlc[3][i].table = &codes_table[vlc_offsets[10+i]];
216         quant_vlc[3][i].table_allocated = vlc_offsets[11+i] - vlc_offsets[10+i];
217         init_vlc(&quant_vlc[3][i], MPC8_Q8_BITS, MPC8_Q8_SIZE,
218                  &mpc8_q8_bits[i],  1, 1,
219                  &mpc8_q8_codes[i], 1, 1, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);
220     }
221     vlc_initialized = 1;
222     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_S16;
223     avctx->channel_layout = (avctx->channels==2) ? CH_LAYOUT_STEREO : CH_LAYOUT_MONO;
224     return 0;
225 }
226
227 static int mpc8_decode_frame(AVCodecContext * avctx,
228                             void *data, int *data_size,
229                             AVPacket *avpkt)
230 {
231     const uint8_t *buf = avpkt->data;
232     int buf_size = avpkt->size;
233     MPCContext *c = avctx->priv_data;
234     GetBitContext gb2, *gb = &gb2;
235     int i, j, k, ch, cnt, res, t;
236     Band *bands = c->bands;
237     int off;
238     int maxband, keyframe;
239     int last[2];
240
241     keyframe = c->cur_frame == 0;
242
243     if(keyframe){
244         memset(c->Q, 0, sizeof(c->Q));
245         c->last_bits_used = 0;
246     }
247     init_get_bits(gb, buf, buf_size * 8);
248     skip_bits(gb, c->last_bits_used & 7);
249
250     if(keyframe)
251         maxband = mpc8_get_mod_golomb(gb, c->maxbands + 1);
252     else{
253         maxband = c->last_max_band + get_vlc2(gb, band_vlc.table, MPC8_BANDS_BITS, 2);
254         if(maxband > 32) maxband -= 33;
255     }
256     c->last_max_band = maxband;
257
258     /* read subband indexes */
259     if(maxband){
260         last[0] = last[1] = 0;
261         for(i = maxband - 1; i >= 0; i--){
262             for(ch = 0; ch < 2; ch++){
263                 last[ch] = get_vlc2(gb, res_vlc[last[ch] > 2].table, MPC8_RES_BITS, 2) + last[ch];
264                 if(last[ch] > 15) last[ch] -= 17;
265                 bands[i].res[ch] = last[ch];
266             }
267         }
268         if(c->MSS){
269             int mask;
270
271             cnt = 0;
272             for(i = 0; i < maxband; i++)
273                 if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1])
274                     cnt++;
275             t = mpc8_get_mod_golomb(gb, cnt);
276             mask = mpc8_get_mask(gb, cnt, t);
277             for(i = maxband - 1; i >= 0; i--)
278                 if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
279                     bands[i].msf = mask & 1;
280                     mask >>= 1;
281                 }
282         }
283     }
284     for(i = maxband; i < c->maxbands; i++)
285         bands[i].res[0] = bands[i].res[1] = 0;
286
287     if(keyframe){
288         for(i = 0; i < 32; i++)
289             c->oldDSCF[0][i] = c->oldDSCF[1][i] = 1;
290     }
291
292     for(i = 0; i < maxband; i++){
293         if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
294             cnt = !!bands[i].res[0] + !!bands[i].res[1] - 1;
295             if(cnt >= 0){
296                 t = get_vlc2(gb, scfi_vlc[cnt].table, scfi_vlc[cnt].bits, 1);
297                 if(bands[i].res[0]) bands[i].scfi[0] = t >> (2 * cnt);
298                 if(bands[i].res[1]) bands[i].scfi[1] = t & 3;
299             }
300         }
301     }
302
303     for(i = 0; i < maxband; i++){
304         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
305             if(!bands[i].res[ch]) continue;
306
307             if(c->oldDSCF[ch][i]){
308                 bands[i].scf_idx[ch][0] = get_bits(gb, 7) - 6;
309                 c->oldDSCF[ch][i] = 0;
310             }else{
311                 t = get_vlc2(gb, dscf_vlc[1].table, MPC8_DSCF1_BITS, 2);
312                 if(t == 64)
313                     t += get_bits(gb, 6);
314                 bands[i].scf_idx[ch][0] = ((bands[i].scf_idx[ch][2] + t - 25) & 0x7F) - 6;
315             }
316             for(j = 0; j < 2; j++){
317                 if((bands[i].scfi[ch] << j) & 2)
318                     bands[i].scf_idx[ch][j + 1] = bands[i].scf_idx[ch][j];
319                 else{
320                     t = get_vlc2(gb, dscf_vlc[0].table, MPC8_DSCF0_BITS, 2);
321                     if(t == 31)
322                         t = 64 + get_bits(gb, 6);
323                     bands[i].scf_idx[ch][j + 1] = ((bands[i].scf_idx[ch][j] + t - 25) & 0x7F) - 6;
324                 }
325             }
326         }
327     }
328
329     for(i = 0, off = 0; i < maxband; i++, off += SAMPLES_PER_BAND){
330         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
331             res = bands[i].res[ch];
332             switch(res){
333             case -1:
334                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++)
335                     c->Q[ch][off + j] = (av_lfg_get(&c->rnd) & 0x3FC) - 510;
336                 break;
337             case 0:
338                 break;
339             case 1:
340                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += SAMPLES_PER_BAND / 2){
341                     cnt = get_vlc2(gb, q1_vlc.table, MPC8_Q1_BITS, 2);
342                     t = mpc8_get_mask(gb, 18, cnt);
343                     for(k = 0; k < SAMPLES_PER_BAND / 2; k++, t <<= 1)
344                         c->Q[ch][off + j + k] = (t & 0x20000) ? (get_bits1(gb) << 1) - 1 : 0;
345                 }
346                 break;
347             case 2:
348                 cnt = 6;//2*mpc8_thres[res]
349                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += 3){
350                     t = get_vlc2(gb, q2_vlc[cnt > 3].table, MPC8_Q2_BITS, 2);
351                     c->Q[ch][off + j + 0] = mpc8_idx50[t];
352                     c->Q[ch][off + j + 1] = mpc8_idx51[t];
353                     c->Q[ch][off + j + 2] = mpc8_idx52[t];
354                     cnt = (cnt >> 1) + mpc8_huffq2[t];
355                 }
356                 break;
357             case 3:
358             case 4:
359                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j += 2){
360                     t = get_vlc2(gb, q3_vlc[res - 3].table, MPC8_Q3_BITS, 2) + q3_offsets[res - 3];
361                     c->Q[ch][off + j + 1] = t >> 4;
362                     c->Q[ch][off + j + 0] = (t & 8) ? (t & 0xF) - 16 : (t & 0xF);
363                 }
364                 break;
365             case 5:
366             case 6:
367             case 7:
368             case 8:
369                 cnt = 2 * mpc8_thres[res];
370                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
371                     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];
372                     c->Q[ch][off + j] = t;
373                     cnt = (cnt >> 1) + FFABS(c->Q[ch][off + j]);
374                 }
375                 break;
376             default:
377                 for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
378                     c->Q[ch][off + j] = get_vlc2(gb, q9up_vlc.table, MPC8_Q9UP_BITS, 2);
379                     if(res != 9){
380                         c->Q[ch][off + j] <<= res - 9;
381                         c->Q[ch][off + j] |= get_bits(gb, res - 9);
382                     }
383                     c->Q[ch][off + j] -= (1 << (res - 2)) - 1;
384                 }
385             }
386         }
387     }
388
389     ff_mpc_dequantize_and_synth(c, maxband, data);
390
391     c->cur_frame++;
392
393     c->last_bits_used = get_bits_count(gb);
394     if(c->cur_frame >= c->frames)
395         c->cur_frame = 0;
396     *data_size =  MPC_FRAME_SIZE * 4;
397
398     return c->cur_frame ? c->last_bits_used >> 3 : buf_size;
399 }
400
401 AVCodec mpc8_decoder = {
402     "mpc8",
403     CODEC_TYPE_AUDIO,
404     CODEC_ID_MUSEPACK8,
405     sizeof(MPCContext),
406     mpc8_decode_init,
407     NULL,
408     NULL,
409     mpc8_decode_frame,
410     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Musepack SV8"),
411 };