Unaligned memory access rcrash fix
[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     256
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[64];
96     AVRandomState   random_state;
97     GetBitContext   gb;
98     int             add_bias;
99     int             scale_bias;
100     DSPContext      dsp;
101     FFTContext      fftc;
102 } NellyMoserDecodeContext;
103
104
105 DECLARE_ALIGNED_16(float,sine_window[128]);
106 DECLARE_ALIGNED_16(float,tcos[64]);
107 DECLARE_ALIGNED_16(float,tsin[64]);
108 DECLARE_ALIGNED_16(float,cos_tab[64]);
109
110 static inline int signed_shift(int i, int shift) {
111     if (shift > 0)
112         return i << shift;
113     return i >> -shift;
114 }
115
116 static void antialias(float *buf, float *audio)
117 {
118     int i, end, mid_hi, mid_lo;
119
120     end = NELLY_BUF_LEN-1;
121     mid_hi = NELLY_BUF_LEN/2;
122     mid_lo = mid_hi-1;
123
124     for (i = 0; i < NELLY_BUF_LEN/4; i++) {
125         audio[2*i]      =   buf[2*i      ]*tcos[i       ] - buf[end-2*i]*tsin[i];
126         audio[2*i+1]    = -(buf[end-2*i  ]*tcos[i       ] + buf[2*i    ]*tsin[i]);
127         audio[end-2*i-1]=   buf[end-2*i-1]*tcos[mid_lo-i] - buf[2*i+1  ]*tsin[mid_lo-i];
128         audio[end-2*i  ]= -(buf[2*i+1    ]*tcos[mid_lo-i] + buf[end-2*i]*tsin[mid_lo-i]);
129     }
130 }
131
132 static void complex2signal(float *audio)
133 {
134     int i, end, mid_hi, mid_lo;
135     float *aptr, *sigptr, a, b, c, d, e, f, g;
136
137     end = NELLY_BUF_LEN-1;
138     mid_hi = NELLY_BUF_LEN/2;
139     mid_lo = mid_hi-1;
140
141     a = -audio[end];
142     b = audio[end-1];
143     c = -audio[1];
144     d = cos_tab[0];
145     e = audio[0];
146     f = cos_tab[mid_lo];
147     g = cos_tab[1];
148
149     audio[0] = d*e;
150     audio[1] = b*g-a*f;
151     audio[end-1] = a*g+b*f;
152     audio[end] = c*(-d);
153
154     aptr = audio+end-2;
155     sigptr = cos_tab+mid_hi-1;
156
157     for (i = 3; i < NELLY_BUF_LEN/2; i += 2) {
158         a = audio[i-1];
159         b = -audio[i];
160         c = cos_tab[i/2];
161         d = *sigptr;
162         e = *(aptr-1);
163         f = -(*aptr);
164
165         audio[i-1] = a*c+b*d;
166         *aptr = a*d-b*c;
167
168         a = cos_tab[(i/2)+1];
169         b = *(sigptr-1);
170
171         *(aptr-1) = b*e+a*f;
172         audio[i] = a*e-b*f;
173
174         sigptr--;
175         aptr -= 2;
176     }
177 }
178
179 static void overlap_and_window(NellyMoserDecodeContext *s, float *state, float *audio)
180 {
181     int bot, mid_up, mid_down, top;
182     float s_bot, s_top;
183
184     bot = 0;
185     top = NELLY_BUF_LEN-1;
186     mid_up = NELLY_BUF_LEN/2;
187     mid_down = (NELLY_BUF_LEN/2)-1;
188
189     while (bot < NELLY_BUF_LEN/4) {
190         s_bot = audio[bot];
191         s_top = audio[top];
192         audio[bot] =  (audio[mid_up]*sine_window[bot]-state[bot   ]*sine_window[top])/s->scale_bias + s->add_bias;
193         audio[top] = (-state[bot   ]*sine_window[bot]-audio[mid_up]*sine_window[top])/s->scale_bias + s->add_bias;
194         state[bot] =  audio[mid_down];
195
196         audio[mid_down] =  (s_top          *sine_window[mid_down]-state[mid_down]*sine_window[mid_up])/s->scale_bias + s->add_bias;
197         audio[mid_up  ] = (-state[mid_down]*sine_window[mid_down]-s_top          *sine_window[mid_up])/s->scale_bias + s->add_bias;
198         state[mid_down] =  s_bot;
199
200         bot++;
201         mid_up++;
202         mid_down--;
203         top--;
204     }
205 }
206
207 static int sum_bits(short *buf, short shift, short off)
208 {
209     int b, i = 0, ret = 0;
210
211     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
212         b = buf[i]-off;
213         b = ((b>>(shift-1))+1)>>1;
214         ret += av_clip(b, 0, NELLY_BIT_CAP);
215     }
216
217     return ret;
218 }
219
220 static int headroom(int *la)
221 {
222     int l;
223     if (*la == 0) {
224         return 31;
225     }
226     l = 30 - av_log2(FFABS(*la));
227     *la <<= l;
228     return l;
229 }
230
231
232 static void get_sample_bits(float *buf, int *bits)
233 {
234     int i, j;
235     short sbuf[128];
236     int bitsum = 0, last_bitsum, small_bitsum, big_bitsum;
237     short shift, shift_saved;
238     int max, sum, last_off, tmp;
239     int big_off, small_off;
240     int off;
241
242     max = 0;
243     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
244         max = FFMAX(max, buf[i]);
245     }
246     shift = -16;
247     shift += headroom(&max);
248
249     sum = 0;
250     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
251         sbuf[i] = signed_shift(buf[i], shift);
252         sbuf[i] = (3*sbuf[i])>>2;
253         sum += sbuf[i];
254     }
255
256     shift += 11;
257     shift_saved = shift;
258     sum -= NELLY_DETAIL_BITS << shift;
259     shift += headroom(&sum);
260     small_off = (NELLY_BASE_OFF * (sum>>16)) >> 15;
261     shift = shift_saved - (NELLY_BASE_SHIFT+shift-31);
262
263     small_off = signed_shift(small_off, shift);
264
265     bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, small_off);
266
267     if (bitsum != NELLY_DETAIL_BITS) {
268         shift = 0;
269         off = bitsum - NELLY_DETAIL_BITS;
270
271         for(shift=0; FFABS(off) <= 16383; shift++)
272             off *= 2;
273
274         off = (off * NELLY_BASE_OFF) >> 15;
275         shift = shift_saved-(NELLY_BASE_SHIFT+shift-15);
276
277         off = signed_shift(off, shift);
278
279         for (j = 1; j < 20; j++) {
280             last_off = small_off;
281             small_off += off;
282             last_bitsum = bitsum;
283
284             bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, small_off);
285
286             if ((bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) * (last_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) <= 0)
287                 break;
288         }
289
290         if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
291             big_off = small_off;
292             small_off = last_off;
293             big_bitsum=bitsum;
294             small_bitsum=last_bitsum;
295         } else {
296             big_off = last_off;
297             big_bitsum=last_bitsum;
298             small_bitsum=bitsum;
299         }
300
301         while (bitsum != NELLY_DETAIL_BITS && j <= 19) {
302             off = (big_off+small_off)>>1;
303             bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, off);
304             if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
305                 big_off=off;
306                 big_bitsum=bitsum;
307             } else {
308                 small_off = off;
309                 small_bitsum=bitsum;
310             }
311             j++;
312         }
313
314         if (abs(big_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) >=
315             abs(small_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS)) {
316             bitsum = small_bitsum;
317         } else {
318             small_off = big_off;
319             bitsum = big_bitsum;
320         }
321     }
322
323     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
324         tmp = sbuf[i]-small_off;
325         tmp = ((tmp>>(shift_saved-1))+1)>>1;
326         bits[i] = av_clip(tmp, 0, NELLY_BIT_CAP);
327     }
328
329     if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
330         tmp = i = 0;
331         while (tmp < NELLY_DETAIL_BITS) {
332             tmp += bits[i];
333             i++;
334         }
335
336         bits[i-1] -= tmp - NELLY_DETAIL_BITS;
337         for(; i < NELLY_FILL_LEN; i++)
338             bits[i] = 0;
339     }
340 }
341
342 void nelly_decode_block(NellyMoserDecodeContext *s, unsigned char block[NELLY_BLOCK_LEN], float audio[NELLY_SAMPLES])
343 {
344     int i,j;
345     float buf[NELLY_BUF_LEN], pows[NELLY_BUF_LEN];
346     float *aptr, *bptr, *pptr, val, pval;
347     int bits[NELLY_BUF_LEN];
348     unsigned char v;
349
350     init_get_bits(&s->gb, block, NELLY_BLOCK_LEN * 8);
351
352     bptr = buf;
353     pptr = pows;
354     val = nelly_init_table[get_bits(&s->gb, 6)];
355     for (i=0 ; i<NELLY_BANDS ; i++) {
356         if (i > 0)
357             val += nelly_delta_table[get_bits(&s->gb, 5)];
358         pval = pow(2, val/2048);
359         for (j = 0; j < nelly_band_sizes_table[i]; j++) {
360             *bptr++ = val;
361             *pptr++ = pval;
362         }
363
364     }
365
366     memset(&buf[NELLY_FILL_LEN],0,4*sizeof(float));
367     memset(&pows[NELLY_FILL_LEN],0,4*sizeof(float));
368
369     get_sample_bits(buf, bits);
370
371     for (i = 0; i < 2; i++) {
372         aptr = audio+i*128;
373         init_get_bits(&s->gb, block, NELLY_BLOCK_LEN * 8);
374         skip_bits(&s->gb, NELLY_HEADER_BITS + i*NELLY_DETAIL_BITS);
375
376         for (j = 0; j < NELLY_FILL_LEN; j++) {
377             if (bits[j] <= 0) {
378                 buf[j] = M_SQRT1_2*pows[j];
379                 if (av_random(&s->random_state) & 1)
380                     buf[j] *= -1.0;
381             } else {
382                 v = get_bits(&s->gb, bits[j]);
383                 buf[j] = dequantization_table[(1<<bits[j])-1+v]*pows[j];
384             }
385         }
386
387         antialias(buf, aptr);
388         ff_fft_permute(&s->fftc, (FFTComplex*)aptr);
389         ff_fft_calc(&s->fftc, (FFTComplex*)aptr);
390         complex2signal(aptr);
391         overlap_and_window(s, s->state, aptr);
392     }
393 }
394
395 static int decode_init(AVCodecContext * avctx) {
396     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
397     int i;
398     float alpha;
399
400     s->avctx = avctx;
401     av_init_random(0, &s->random_state);
402     ff_fft_init(&s->fftc, 6, 1);
403     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
404
405     if(s->dsp.float_to_int16 == ff_float_to_int16_c) {
406         s->add_bias = 385;
407         s->scale_bias = 32768;
408     } else {
409         s->add_bias = 0;
410         s->scale_bias = 1;
411     }
412
413     /* Generate overlap window */
414     if (!sine_window[0])
415         for (i=0 ; i<128; i++) {
416             sine_window[i] = sin((i + 0.5) / 256.0 * M_PI);
417         }
418
419     /* Generate tables */
420     if (!tcos[0])
421         for(i=0;i<64;i++) {
422             alpha = 2*M_PI * (i + 1.0 / 4.0) / 256;
423             tcos[i] = cos(alpha);
424             tsin[i] = -sin(alpha);
425             cos_tab[i] = cos(i/128.0*M_PI)/8.0;
426         }
427
428     return 0;
429 }
430
431 static int decode_tag(AVCodecContext * avctx,
432                       void *data, int *data_size,
433                       uint8_t * buf, int buf_size) {
434     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
435     int blocks, i;
436     int16_t* samples;
437     *data_size = 0;
438     samples = (int16_t*)data;
439
440     if (buf_size < avctx->block_align)
441         return buf_size;
442
443     switch (buf_size) {
444         case 64:    // 8000Hz
445             blocks = 1; break;
446         case 128:   // 11025Hz
447             blocks = 2; break;
448         case 256:   // 22050Hz
449             blocks = 4; break;
450         default:
451             av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Tag size %d unknown, report sample!\n", buf_size);
452             return buf_size;
453     }
454
455     for (i=0 ; i<blocks ; i++) {
456         nelly_decode_block(s, &buf[i*NELLY_BLOCK_LEN], s->float_buf);
457         s->dsp.float_to_int16(&samples[i*NELLY_SAMPLES], s->float_buf, NELLY_SAMPLES);
458         *data_size += NELLY_SAMPLES*sizeof(int16_t);
459     }
460
461     return blocks*NELLY_SAMPLES*sizeof(int16_t);
462 }
463
464 static int decode_end(AVCodecContext * avctx) {
465     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
466
467     ff_fft_end(&s->fftc);
468     return 0;
469 }
470
471 AVCodec nellymoser_decoder = {
472     "nellymoser",
473     CODEC_TYPE_AUDIO,
474     CODEC_ID_NELLYMOSER,
475     sizeof(NellyMoserDecodeContext),
476     decode_init,
477     NULL,
478     decode_end,
479     decode_tag,
480 };
481