Move scale_bias to a more sane place. I am starting to wonder how this
[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 #include "avcodec.h"
34 #include "random.h"
35 #include "dsputil.h"
36
37 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
38 #include "bitstream.h"
39
40 #define NELLY_BANDS       23
41 #define NELLY_BLOCK_LEN   64
42 #define NELLY_HEADER_BITS 116
43 #define NELLY_DETAIL_BITS 198
44 #define NELLY_BUF_LEN     128
45 #define NELLY_FILL_LEN    124
46 #define NELLY_BIT_CAP     6
47 #define NELLY_BASE_OFF    4228
48 #define NELLY_BASE_SHIFT  19
49 #define NELLY_SAMPLES     (2 * NELLY_BUF_LEN)
50
51 static const float dequantization_table[127] = {
52 0.0000000000,-0.8472560048, 0.7224709988, -1.5247479677, -0.4531480074, 0.3753609955, 1.4717899561,
53 -1.9822579622, -1.1929379702, -0.5829370022, -0.0693780035, 0.3909569979,0.9069200158, 1.4862740040,
54  2.2215409279, -2.3887870312, -1.8067539930, -1.4105420113, -1.0773609877, -0.7995010018,-0.5558109879,
55 -0.3334020078, -0.1324490011, 0.0568020009, 0.2548770010, 0.4773550034, 0.7386850119, 1.0443060398,
56 1.3954459429, 1.8098750114, 2.3918759823,-2.3893830776, -1.9884680510, -1.7514040470, -1.5643119812,
57 -1.3922129869,-1.2164649963, -1.0469499826, -0.8905100226, -0.7645580173, -0.6454579830, -0.5259280205,
58 -0.4059549868, -0.3029719889, -0.2096900046, -0.1239869967, -0.0479229987, 0.0257730000, 0.1001340002,
59 0.1737180054, 0.2585540116, 0.3522900045, 0.4569880068, 0.5767750144, 0.7003160119, 0.8425520062,
60 1.0093879700, 1.1821349859, 1.3534560204, 1.5320819616, 1.7332619429, 1.9722349644, 2.3978140354,
61 -2.5756309032, -2.0573320389, -1.8984919786, -1.7727810144, -1.6662600040, -1.5742180347, -1.4993319511,
62 -1.4316639900, -1.3652280569, -1.3000990152, -1.2280930281, -1.1588579416, -1.0921250582, -1.0135740042,
63 -0.9202849865, -0.8287050128, -0.7374889851, -0.6447759867, -0.5590940118, -0.4857139885, -0.4110319912,
64 -0.3459700048, -0.2851159871, -0.2341620028, -0.1870580018, -0.1442500055, -0.1107169986, -0.0739680007,
65 -0.0365610011, -0.0073290002, 0.0203610007, 0.0479039997, 0.0751969963, 0.0980999991, 0.1220389977,
66 0.1458999962, 0.1694349945, 0.1970459968, 0.2252430022, 0.2556869984, 0.2870100141, 0.3197099864,
67 0.3525829911, 0.3889069855, 0.4334920049, 0.4769459963, 0.5204820037, 0.5644530058, 0.6122040153,
68 0.6685929894, 0.7341650128, 0.8032159805, 0.8784040213, 0.9566209912, 1.0397069454, 1.1293770075,
69 1.2211159468, 1.3080279827, 1.4024800062, 1.5056819916, 1.6227730513, 1.7724959850, 1.9430880547,
70  2.2903931141
71 };
72
73 static const uint8_t nelly_band_sizes_table[NELLY_BANDS] = {
74 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15
75 };
76
77 static const uint16_t nelly_init_table[64] = {
78 3134, 5342, 6870, 7792, 8569, 9185, 9744, 10191, 10631, 11061, 11434, 11770,
79 12116, 12513, 12925, 13300, 13674, 14027, 14352, 14716, 15117, 15477, 15824,
80 16157, 16513, 16804, 17090, 17401, 17679, 17948, 18238, 18520, 18764, 19078,
81 19381, 19640, 19921, 20205, 20500, 20813, 21162, 21465, 21794, 22137, 22453,
82 22756, 23067, 23350, 23636, 23926, 24227, 24521, 24819, 25107, 25414, 25730,
83 26120, 26497, 26895, 27344, 27877, 28463, 29426, 31355
84 };
85
86 static const int16_t nelly_delta_table[32] = {
87 -11725, -9420, -7910, -6801, -5948, -5233, -4599, -4039, -3507, -3030, -2596,
88 -2170, -1774, -1383, -1016, -660, -329, -1, 337, 696, 1085, 1512, 1962, 2433,
89 2968, 3569, 4314, 5279, 6622, 8154, 10076, 12975
90 };
91
92 typedef struct NellyMoserDecodeContext {
93     AVCodecContext* avctx;
94     DECLARE_ALIGNED_16(float,float_buf[NELLY_SAMPLES]);
95     float           state[128];
96     AVRandomState   random_state;
97     GetBitContext   gb;
98     int             add_bias;
99     float           scale_bias;
100     DSPContext      dsp;
101     MDCTContext     imdct_ctx;
102     DECLARE_ALIGNED_16(float,imdct_tmp[NELLY_BUF_LEN]);
103     DECLARE_ALIGNED_16(float,imdct_out[NELLY_BUF_LEN * 2]);
104 } NellyMoserDecodeContext;
105
106 static DECLARE_ALIGNED_16(float,sine_window[128]);
107
108 static inline int signed_shift(int i, int shift) {
109     if (shift > 0)
110         return i << shift;
111     return i >> -shift;
112 }
113
114
115 static void overlap_and_window(NellyMoserDecodeContext *s, float *state, float *audio, float *a_in)
116 {
117     int bot, top, top2;
118
119     bot = 0;
120     top = NELLY_BUF_LEN-1;
121
122     while (bot < NELLY_BUF_LEN) {
123         audio[bot] = a_in[bot]*sine_window[bot]+state[bot]*sine_window[top] + s->add_bias;
124
125         bot++;
126         top--;
127     }
128     memcpy(state, a_in + NELLY_BUF_LEN, sizeof(float)*NELLY_BUF_LEN);
129 }
130
131 static int sum_bits(short *buf, short shift, short off)
132 {
133     int b, i = 0, ret = 0;
134
135     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
136         b = buf[i]-off;
137         b = ((b>>(shift-1))+1)>>1;
138         ret += av_clip(b, 0, NELLY_BIT_CAP);
139     }
140
141     return ret;
142 }
143
144 static int headroom(int *la)
145 {
146     int l;
147     if (*la == 0) {
148         return 31;
149     }
150     l = 30 - av_log2(FFABS(*la));
151     *la <<= l;
152     return l;
153 }
154
155
156 static void get_sample_bits(const float *buf, int *bits)
157 {
158     int i, j;
159     short sbuf[128];
160     int bitsum = 0, last_bitsum, small_bitsum, big_bitsum;
161     short shift, shift_saved;
162     int max, sum, last_off, tmp;
163     int big_off, small_off;
164     int off;
165
166     max = 0;
167     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
168         max = FFMAX(max, buf[i]);
169     }
170     shift = -16;
171     shift += headroom(&max);
172
173     sum = 0;
174     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
175         sbuf[i] = signed_shift(buf[i], shift);
176         sbuf[i] = (3*sbuf[i])>>2;
177         sum += sbuf[i];
178     }
179
180     shift += 11;
181     shift_saved = shift;
182     sum -= NELLY_DETAIL_BITS << shift;
183     shift += headroom(&sum);
184     small_off = (NELLY_BASE_OFF * (sum>>16)) >> 15;
185     shift = shift_saved - (NELLY_BASE_SHIFT+shift-31);
186
187     small_off = signed_shift(small_off, shift);
188
189     bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, small_off);
190
191     if (bitsum != NELLY_DETAIL_BITS) {
192         shift = 0;
193         off = bitsum - NELLY_DETAIL_BITS;
194
195         for(shift=0; FFABS(off) <= 16383; shift++)
196             off *= 2;
197
198         off = (off * NELLY_BASE_OFF) >> 15;
199         shift = shift_saved-(NELLY_BASE_SHIFT+shift-15);
200
201         off = signed_shift(off, shift);
202
203         for (j = 1; j < 20; j++) {
204             last_off = small_off;
205             small_off += off;
206             last_bitsum = bitsum;
207
208             bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, small_off);
209
210             if ((bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) * (last_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) <= 0)
211                 break;
212         }
213
214         if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
215             big_off = small_off;
216             small_off = last_off;
217             big_bitsum=bitsum;
218             small_bitsum=last_bitsum;
219         } else {
220             big_off = last_off;
221             big_bitsum=last_bitsum;
222             small_bitsum=bitsum;
223         }
224
225         while (bitsum != NELLY_DETAIL_BITS && j <= 19) {
226             off = (big_off+small_off)>>1;
227             bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, off);
228             if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
229                 big_off=off;
230                 big_bitsum=bitsum;
231             } else {
232                 small_off = off;
233                 small_bitsum=bitsum;
234             }
235             j++;
236         }
237
238         if (abs(big_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) >=
239             abs(small_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS)) {
240             bitsum = small_bitsum;
241         } else {
242             small_off = big_off;
243             bitsum = big_bitsum;
244         }
245     }
246
247     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
248         tmp = sbuf[i]-small_off;
249         tmp = ((tmp>>(shift_saved-1))+1)>>1;
250         bits[i] = av_clip(tmp, 0, NELLY_BIT_CAP);
251     }
252
253     if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
254         tmp = i = 0;
255         while (tmp < NELLY_DETAIL_BITS) {
256             tmp += bits[i];
257             i++;
258         }
259
260         bits[i-1] -= tmp - NELLY_DETAIL_BITS;
261         for(; i < NELLY_FILL_LEN; i++)
262             bits[i] = 0;
263     }
264 }
265
266 void nelly_decode_block(NellyMoserDecodeContext *s, const unsigned char block[NELLY_BLOCK_LEN], float audio[NELLY_SAMPLES])
267 {
268     int i,j;
269     float buf[NELLY_FILL_LEN], pows[NELLY_FILL_LEN];
270     float *aptr, *bptr, *pptr, val, pval;
271     int bits[NELLY_BUF_LEN];
272     unsigned char v;
273
274     init_get_bits(&s->gb, block, NELLY_BLOCK_LEN * 8);
275
276     bptr = buf;
277     pptr = pows;
278     val = nelly_init_table[get_bits(&s->gb, 6)];
279     for (i=0 ; i<NELLY_BANDS ; i++) {
280         if (i > 0)
281             val += nelly_delta_table[get_bits(&s->gb, 5)];
282         pval = pow(2, val/2048) * s->scale_bias;
283         for (j = 0; j < nelly_band_sizes_table[i]; j++) {
284             *bptr++ = val;
285             *pptr++ = pval;
286         }
287
288     }
289
290     get_sample_bits(buf, bits);
291
292     for (i = 0; i < 2; i++) {
293         aptr = audio + i * NELLY_BUF_LEN;
294
295         init_get_bits(&s->gb, block, NELLY_BLOCK_LEN * 8);
296         skip_bits(&s->gb, NELLY_HEADER_BITS + i*NELLY_DETAIL_BITS);
297
298         for (j = 0; j < NELLY_FILL_LEN; j++) {
299             if (bits[j] <= 0) {
300                 aptr[j] = M_SQRT1_2*pows[j];
301                 if (!(av_random(&s->random_state) & 1))
302                     aptr[j] *= -1.0;
303             } else {
304                 v = get_bits(&s->gb, bits[j]);
305                 aptr[j] = -dequantization_table[(1<<bits[j])-1+v]*pows[j];
306             }
307         }
308         memset(&aptr[NELLY_FILL_LEN], 0,
309                (NELLY_BUF_LEN - NELLY_FILL_LEN) * sizeof(float));
310
311         s->imdct_ctx.fft.imdct_calc(&s->imdct_ctx, s->imdct_out,
312                                     aptr, s->imdct_tmp);
313         /* XXX: overlapping and windowing should be part of a more
314            generic imdct function */
315         overlap_and_window(s, s->state, aptr, s->imdct_out);
316     }
317 }
318
319 static av_cold int decode_init(AVCodecContext * avctx) {
320     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
321     int i;
322
323     s->avctx = avctx;
324     av_init_random(0, &s->random_state);
325     ff_mdct_init(&s->imdct_ctx, 8, 1);
326
327     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
328
329     if(s->dsp.float_to_int16 == ff_float_to_int16_c) {
330         s->add_bias = 385;
331         s->scale_bias = 1.0/(8*32768);
332     } else {
333         s->add_bias = 0;
334         s->scale_bias = 1.0/(1*8);
335     }
336
337     /* Generate overlap window */
338     if (!sine_window[0])
339         for (i=0 ; i<128; i++) {
340             sine_window[i] = sin((i + 0.5) / 256.0 * M_PI);
341         }
342
343     return 0;
344 }
345
346 static int decode_tag(AVCodecContext * avctx,
347                       void *data, int *data_size,
348                       const uint8_t * buf, int buf_size) {
349     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
350     int blocks, i;
351     int16_t* samples;
352     *data_size = 0;
353     samples = (int16_t*)data;
354
355     if (buf_size < avctx->block_align)
356         return buf_size;
357
358     switch (buf_size) {
359         case 64:    // 8000Hz
360             blocks = 1; break;
361         case 128:   // 11025Hz
362             blocks = 2; break;
363         case 256:   // 22050Hz
364             blocks = 4; break;
365         case 512:   // 44100Hz
366             blocks = 8; break;
367         default:
368             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Tag size %d unknown, report sample!\n", buf_size);
369             return buf_size;
370     }
371
372     for (i=0 ; i<blocks ; i++) {
373         nelly_decode_block(s, &buf[i*NELLY_BLOCK_LEN], s->float_buf);
374         s->dsp.float_to_int16(&samples[i*NELLY_SAMPLES], s->float_buf, NELLY_SAMPLES);
375         *data_size += NELLY_SAMPLES*sizeof(int16_t);
376     }
377
378     return buf_size;
379 }
380
381 static av_cold int decode_end(AVCodecContext * avctx) {
382     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
383
384     ff_mdct_end(&s->imdct_ctx);
385     return 0;
386 }
387
388 AVCodec nellymoser_decoder = {
389     "nellymoser",
390     CODEC_TYPE_AUDIO,
391     CODEC_ID_NELLYMOSER,
392     sizeof(NellyMoserDecodeContext),
393     decode_init,
394     NULL,
395     decode_end,
396     decode_tag,
397 };
398