Use full path for #includes from another directory.
[ffmpeg.git] / libavcodec / nellymoserdec.c
1 /*
2  * NellyMoser audio decoder
3  * Copyright (c) 2007 a840bda5870ba11f19698ff6eb9581dfb0f95fa5,
4  *                    539459aeb7d425140b62a3ec7dbf6dc8e408a306, and
5  *                    520e17cd55896441042b14df2566a6eb610ed444
6  * Copyright (c) 2007 Loic Minier <lool at dooz.org>
7  *                    Benjamin Larsson
8  *
9  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
10  * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
11  * to deal in the Software without restriction, including without limitation
12  * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
13  * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
14  * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
15  *
16  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
17  * all copies or substantial portions of the Software.
18  *
19  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
20  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
21  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL
22  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
23  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
24  * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER
25  * DEALINGS IN THE SOFTWARE.
26  */
27
28 /**
29  * @file nellymoserdec.c
30  * The 3 alphanumeric copyright notices are md5summed they are from the original
31  * implementors. The original code is available from http://code.google.com/p/nelly2pcm/
32  */
33
34 #include "libavutil/random.h"
35 #include "avcodec.h"
36 #include "dsputil.h"
37
38 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
39 #include "bitstream.h"
40
41 #define NELLY_BANDS       23
42 #define NELLY_BLOCK_LEN   64
43 #define NELLY_HEADER_BITS 116
44 #define NELLY_DETAIL_BITS 198
45 #define NELLY_BUF_LEN     128
46 #define NELLY_FILL_LEN    124
47 #define NELLY_BIT_CAP     6
48 #define NELLY_BASE_OFF    4228
49 #define NELLY_BASE_SHIFT  19
50 #define NELLY_SAMPLES     (2 * NELLY_BUF_LEN)
51
52 static const float dequantization_table[127] = {
53 0.0000000000,-0.8472560048, 0.7224709988, -1.5247479677, -0.4531480074, 0.3753609955, 1.4717899561,
54 -1.9822579622, -1.1929379702, -0.5829370022, -0.0693780035, 0.3909569979,0.9069200158, 1.4862740040,
55  2.2215409279, -2.3887870312, -1.8067539930, -1.4105420113, -1.0773609877, -0.7995010018,-0.5558109879,
56 -0.3334020078, -0.1324490011, 0.0568020009, 0.2548770010, 0.4773550034, 0.7386850119, 1.0443060398,
57 1.3954459429, 1.8098750114, 2.3918759823,-2.3893830776, -1.9884680510, -1.7514040470, -1.5643119812,
58 -1.3922129869,-1.2164649963, -1.0469499826, -0.8905100226, -0.7645580173, -0.6454579830, -0.5259280205,
59 -0.4059549868, -0.3029719889, -0.2096900046, -0.1239869967, -0.0479229987, 0.0257730000, 0.1001340002,
60 0.1737180054, 0.2585540116, 0.3522900045, 0.4569880068, 0.5767750144, 0.7003160119, 0.8425520062,
61 1.0093879700, 1.1821349859, 1.3534560204, 1.5320819616, 1.7332619429, 1.9722349644, 2.3978140354,
62 -2.5756309032, -2.0573320389, -1.8984919786, -1.7727810144, -1.6662600040, -1.5742180347, -1.4993319511,
63 -1.4316639900, -1.3652280569, -1.3000990152, -1.2280930281, -1.1588579416, -1.0921250582, -1.0135740042,
64 -0.9202849865, -0.8287050128, -0.7374889851, -0.6447759867, -0.5590940118, -0.4857139885, -0.4110319912,
65 -0.3459700048, -0.2851159871, -0.2341620028, -0.1870580018, -0.1442500055, -0.1107169986, -0.0739680007,
66 -0.0365610011, -0.0073290002, 0.0203610007, 0.0479039997, 0.0751969963, 0.0980999991, 0.1220389977,
67 0.1458999962, 0.1694349945, 0.1970459968, 0.2252430022, 0.2556869984, 0.2870100141, 0.3197099864,
68 0.3525829911, 0.3889069855, 0.4334920049, 0.4769459963, 0.5204820037, 0.5644530058, 0.6122040153,
69 0.6685929894, 0.7341650128, 0.8032159805, 0.8784040213, 0.9566209912, 1.0397069454, 1.1293770075,
70 1.2211159468, 1.3080279827, 1.4024800062, 1.5056819916, 1.6227730513, 1.7724959850, 1.9430880547,
71  2.2903931141
72 };
73
74 static const uint8_t nelly_band_sizes_table[NELLY_BANDS] = {
75 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15
76 };
77
78 static const uint16_t nelly_init_table[64] = {
79 3134, 5342, 6870, 7792, 8569, 9185, 9744, 10191, 10631, 11061, 11434, 11770,
80 12116, 12513, 12925, 13300, 13674, 14027, 14352, 14716, 15117, 15477, 15824,
81 16157, 16513, 16804, 17090, 17401, 17679, 17948, 18238, 18520, 18764, 19078,
82 19381, 19640, 19921, 20205, 20500, 20813, 21162, 21465, 21794, 22137, 22453,
83 22756, 23067, 23350, 23636, 23926, 24227, 24521, 24819, 25107, 25414, 25730,
84 26120, 26497, 26895, 27344, 27877, 28463, 29426, 31355
85 };
86
87 static const int16_t nelly_delta_table[32] = {
88 -11725, -9420, -7910, -6801, -5948, -5233, -4599, -4039, -3507, -3030, -2596,
89 -2170, -1774, -1383, -1016, -660, -329, -1, 337, 696, 1085, 1512, 1962, 2433,
90 2968, 3569, 4314, 5279, 6622, 8154, 10076, 12975
91 };
92
93 typedef struct NellyMoserDecodeContext {
94     AVCodecContext* avctx;
95     DECLARE_ALIGNED_16(float,float_buf[NELLY_SAMPLES]);
96     float           state[128];
97     AVRandomState   random_state;
98     GetBitContext   gb;
99     int             add_bias;
100     float           scale_bias;
101     DSPContext      dsp;
102     MDCTContext     imdct_ctx;
103     DECLARE_ALIGNED_16(float,imdct_tmp[NELLY_BUF_LEN]);
104     DECLARE_ALIGNED_16(float,imdct_out[NELLY_BUF_LEN * 2]);
105 } NellyMoserDecodeContext;
106
107 static DECLARE_ALIGNED_16(float,sine_window[128]);
108
109 static inline int signed_shift(int i, int shift) {
110     if (shift > 0)
111         return i << shift;
112     return i >> -shift;
113 }
114
115
116 static void overlap_and_window(NellyMoserDecodeContext *s, float *state, float *audio, float *a_in)
117 {
118     int bot, top;
119
120     bot = 0;
121     top = NELLY_BUF_LEN-1;
122
123     while (bot < NELLY_BUF_LEN) {
124         audio[bot] = a_in [bot]*sine_window[bot]
125                     +state[bot]*sine_window[top] + s->add_bias;
126
127         bot++;
128         top--;
129     }
130     memcpy(state, a_in + NELLY_BUF_LEN, sizeof(float)*NELLY_BUF_LEN);
131 }
132
133 static int sum_bits(short *buf, short shift, short off)
134 {
135     int i, ret = 0;
136
137     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
138         int b = buf[i]-off;
139         b = ((b>>(shift-1))+1)>>1;
140         ret += av_clip(b, 0, NELLY_BIT_CAP);
141     }
142
143     return ret;
144 }
145
146 static int headroom(int *la)
147 {
148     int l;
149     if (*la == 0) {
150         return 31;
151     }
152     l = 30 - av_log2(FFABS(*la));
153     *la <<= l;
154     return l;
155 }
156
157
158 static void get_sample_bits(const float *buf, int *bits)
159 {
160     int i, j;
161     short sbuf[128];
162     int bitsum = 0, last_bitsum, small_bitsum, big_bitsum;
163     short shift, shift_saved;
164     int max, sum, last_off, tmp;
165     int big_off, small_off;
166     int off;
167
168     max = 0;
169     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
170         max = FFMAX(max, buf[i]);
171     }
172     shift = -16;
173     shift += headroom(&max);
174
175     sum = 0;
176     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
177         sbuf[i] = signed_shift(buf[i], shift);
178         sbuf[i] = (3*sbuf[i])>>2;
179         sum += sbuf[i];
180     }
181
182     shift += 11;
183     shift_saved = shift;
184     sum -= NELLY_DETAIL_BITS << shift;
185     shift += headroom(&sum);
186     small_off = (NELLY_BASE_OFF * (sum>>16)) >> 15;
187     shift = shift_saved - (NELLY_BASE_SHIFT+shift-31);
188
189     small_off = signed_shift(small_off, shift);
190
191     bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, small_off);
192
193     if (bitsum != NELLY_DETAIL_BITS) {
194         shift = 0;
195         off = bitsum - NELLY_DETAIL_BITS;
196
197         for(shift=0; FFABS(off) <= 16383; shift++)
198             off *= 2;
199
200         off = (off * NELLY_BASE_OFF) >> 15;
201         shift = shift_saved-(NELLY_BASE_SHIFT+shift-15);
202
203         off = signed_shift(off, shift);
204
205         for (j = 1; j < 20; j++) {
206             last_off = small_off;
207             small_off += off;
208             last_bitsum = bitsum;
209
210             bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, small_off);
211
212             if ((bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) * (last_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) <= 0)
213                 break;
214         }
215
216         if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
217             big_off = small_off;
218             small_off = last_off;
219             big_bitsum=bitsum;
220             small_bitsum=last_bitsum;
221         } else {
222             big_off = last_off;
223             big_bitsum=last_bitsum;
224             small_bitsum=bitsum;
225         }
226
227         while (bitsum != NELLY_DETAIL_BITS && j <= 19) {
228             off = (big_off+small_off)>>1;
229             bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, off);
230             if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
231                 big_off=off;
232                 big_bitsum=bitsum;
233             } else {
234                 small_off = off;
235                 small_bitsum=bitsum;
236             }
237             j++;
238         }
239
240         if (abs(big_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) >=
241             abs(small_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS)) {
242             bitsum = small_bitsum;
243         } else {
244             small_off = big_off;
245             bitsum = big_bitsum;
246         }
247     }
248
249     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
250         tmp = sbuf[i]-small_off;
251         tmp = ((tmp>>(shift_saved-1))+1)>>1;
252         bits[i] = av_clip(tmp, 0, NELLY_BIT_CAP);
253     }
254
255     if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
256         tmp = i = 0;
257         while (tmp < NELLY_DETAIL_BITS) {
258             tmp += bits[i];
259             i++;
260         }
261
262         bits[i-1] -= tmp - NELLY_DETAIL_BITS;
263         for(; i < NELLY_FILL_LEN; i++)
264             bits[i] = 0;
265     }
266 }
267
268 static void nelly_decode_block(NellyMoserDecodeContext *s,
269                                const unsigned char block[NELLY_BLOCK_LEN],
270                                float audio[NELLY_SAMPLES])
271 {
272     int i,j;
273     float buf[NELLY_FILL_LEN], pows[NELLY_FILL_LEN];
274     float *aptr, *bptr, *pptr, val, pval;
275     int bits[NELLY_BUF_LEN];
276     unsigned char v;
277
278     init_get_bits(&s->gb, block, NELLY_BLOCK_LEN * 8);
279
280     bptr = buf;
281     pptr = pows;
282     val = nelly_init_table[get_bits(&s->gb, 6)];
283     for (i=0 ; i<NELLY_BANDS ; i++) {
284         if (i > 0)
285             val += nelly_delta_table[get_bits(&s->gb, 5)];
286         pval = -pow(2, val/2048) * s->scale_bias;
287         for (j = 0; j < nelly_band_sizes_table[i]; j++) {
288             *bptr++ = val;
289             *pptr++ = pval;
290         }
291
292     }
293
294     get_sample_bits(buf, bits);
295
296     for (i = 0; i < 2; i++) {
297         aptr = audio + i * NELLY_BUF_LEN;
298
299         init_get_bits(&s->gb, block, NELLY_BLOCK_LEN * 8);
300         skip_bits(&s->gb, NELLY_HEADER_BITS + i*NELLY_DETAIL_BITS);
301
302         for (j = 0; j < NELLY_FILL_LEN; j++) {
303             if (bits[j] <= 0) {
304                 aptr[j] = M_SQRT1_2*pows[j];
305                 if (av_random(&s->random_state) & 1)
306                     aptr[j] *= -1.0;
307             } else {
308                 v = get_bits(&s->gb, bits[j]);
309                 aptr[j] = dequantization_table[(1<<bits[j])-1+v]*pows[j];
310             }
311         }
312         memset(&aptr[NELLY_FILL_LEN], 0,
313                (NELLY_BUF_LEN - NELLY_FILL_LEN) * sizeof(float));
314
315         s->imdct_ctx.fft.imdct_calc(&s->imdct_ctx, s->imdct_out,
316                                     aptr, s->imdct_tmp);
317         /* XXX: overlapping and windowing should be part of a more
318            generic imdct function */
319         overlap_and_window(s, s->state, aptr, s->imdct_out);
320     }
321 }
322
323 static av_cold int decode_init(AVCodecContext * avctx) {
324     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
325     int i;
326
327     s->avctx = avctx;
328     av_init_random(0, &s->random_state);
329     ff_mdct_init(&s->imdct_ctx, 8, 1);
330
331     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
332
333     if(s->dsp.float_to_int16 == ff_float_to_int16_c) {
334         s->add_bias = 385;
335         s->scale_bias = 1.0/(8*32768);
336     } else {
337         s->add_bias = 0;
338         s->scale_bias = 1.0/(1*8);
339     }
340
341     /* Generate overlap window */
342     if (!sine_window[0])
343         for (i=0 ; i<128; i++) {
344             sine_window[i] = sin((i + 0.5) / 256.0 * M_PI);
345         }
346
347     return 0;
348 }
349
350 static int decode_tag(AVCodecContext * avctx,
351                       void *data, int *data_size,
352                       const uint8_t * buf, int buf_size) {
353     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
354     int blocks, i;
355     int16_t* samples;
356     *data_size = 0;
357     samples = (int16_t*)data;
358
359     if (buf_size < avctx->block_align)
360         return buf_size;
361
362     switch (buf_size) {
363         case 64:    // 8000Hz
364             blocks = 1; break;
365         case 128:   // 11025Hz
366             blocks = 2; break;
367         case 256:   // 22050Hz
368             blocks = 4; break;
369         case 512:   // 44100Hz
370             blocks = 8; break;
371         default:
372             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Tag size %d unknown, report sample!\n", buf_size);
373             return buf_size;
374     }
375
376     for (i=0 ; i<blocks ; i++) {
377         nelly_decode_block(s, &buf[i*NELLY_BLOCK_LEN], s->float_buf);
378         s->dsp.float_to_int16(&samples[i*NELLY_SAMPLES], s->float_buf, NELLY_SAMPLES);
379         *data_size += NELLY_SAMPLES*sizeof(int16_t);
380     }
381
382     return buf_size;
383 }
384
385 static av_cold int decode_end(AVCodecContext * avctx) {
386     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
387
388     ff_mdct_end(&s->imdct_ctx);
389     return 0;
390 }
391
392 AVCodec nellymoser_decoder = {
393     "nellymoser",
394     CODEC_TYPE_AUDIO,
395     CODEC_ID_NELLYMOSER,
396     sizeof(NellyMoserDecodeContext),
397     decode_init,
398     NULL,
399     decode_end,
400     decode_tag,
401     .long_name = "Nellymoser Asao",
402 };
403