142ffc93f9d720972fb2dc317e252112adfbdfaf
[ffmpeg.git] / libavcodec / ra144.c
1 /*
2  * Real Audio 1.0 (14.4K)
3  * Copyright (c) 2003 the ffmpeg project
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 #include "avcodec.h"
23 #include "bitstream.h"
24 #include "ra144.h"
25
26 #define NBLOCKS         4       /* number of segments within a block */
27 #define BLOCKSIZE       40      /* (quarter) block size in 16-bit words (80 bytes) */
28 #define HALFBLOCK       20      /* BLOCKSIZE/2 */
29 #define BUFFERSIZE      146     /* for do_output */
30
31
32 typedef struct {
33     unsigned int     old_energy;        ///< previous frame energy
34
35     /* the swapped buffers */
36     unsigned int     lpc_tables[2][10];
37     unsigned int    *lpc_coef;          ///< LPC coefficients
38     unsigned int    *lpc_coef_old;      ///< previous frame LPC coefficients
39     unsigned int     lpc_refl_rms;
40     unsigned int     lpc_refl_rms_old;
41
42     unsigned int buffer[5];
43     uint16_t adapt_cb[148];             ///< adaptive codebook
44 } RA144Context;
45
46 static int ra144_decode_init(AVCodecContext * avctx)
47 {
48     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
49
50     ractx->lpc_coef     = ractx->lpc_tables[0];
51     ractx->lpc_coef_old = ractx->lpc_tables[1];
52
53     return 0;
54 }
55
56 /**
57  * Evaluate sqrt(x << 24). x must fit in 20 bits. This value is evaluated in an
58  * odd way to make the output identical to the binary decoder.
59  */
60 static int t_sqrt(unsigned int x)
61 {
62     int s = 0;
63     while (x > 0xfff) {
64         s++;
65         x = x >> 2;
66     }
67
68     return (ff_sqrt(x << 20) << s) << 2;
69 }
70
71 /**
72  * Evaluate the LPC filter coefficients from the reflection coefficients.
73  * Does the inverse of the eval_refl() function.
74  */
75 static void eval_coefs(const int *refl, int *coefs)
76 {
77     int buffer[10];
78     int *b1 = buffer;
79     int *b2 = coefs;
80     int x, y;
81
82     for (x=0; x < 10; x++) {
83         b1[x] = refl[x] << 4;
84
85         for (y=0; y < x; y++)
86             b1[y] = ((refl[x] * b2[x-y-1]) >> 12) + b2[y];
87
88         FFSWAP(int *, b1, b2);
89     }
90
91     for (x=0; x < 10; x++)
92         coefs[x] >>= 4;
93 }
94
95 /* rotate block */
96 static void rotate_block(const int16_t *source, int16_t *target, int offset)
97 {
98     int i=0, k=0;
99     source += BUFFERSIZE - offset;
100
101     while (i<BLOCKSIZE) {
102         target[i++] = source[k++];
103
104         if (k == offset)
105             k = 0;
106     }
107 }
108
109 /* inverse root mean square */
110 static int irms(const int16_t *data, int factor)
111 {
112     unsigned int i, sum = 0;
113
114     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
115         sum += data[i] * data[i];
116
117     if (sum == 0)
118         return 0; /* OOPS - division by zero */
119
120     return (0x20000000 / (t_sqrt(sum) >> 8)) * factor;
121 }
122
123 /* multiply/add wavetable */
124 static void add_wav(int n, int skip_first, int *m, const int16_t *s1,
125                     const int8_t *s2, const int8_t *s3, int16_t *dest)
126 {
127     int i;
128     int v[3];
129
130     v[0] = 0;
131     for (i=!skip_first; i<3; i++)
132         v[i] = (gain_val_tab[n][i] * m[i]) >> (gain_exp_tab[n][i] + 1);
133
134     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
135         dest[i] = ((*(s1++))*v[0] + (*(s2++))*v[1] + (*(s3++))*v[2]) >> 12;
136 }
137
138 static void lpc_filter(const int16_t *lpc_coefs, const int16_t *adapt_coef,
139                        void *out, int *statbuf, int len)
140 {
141     int x, i;
142     uint16_t work[50];
143     int16_t *ptr = work;
144
145     memcpy(work, statbuf,20);
146     memcpy(work + 10, adapt_coef, len * 2);
147
148     for (i=0; i<len; i++) {
149         int sum = 0;
150         int new_val;
151
152         for(x=0; x<10; x++)
153             sum += lpc_coefs[9-x] * ptr[x];
154
155         sum >>= 12;
156
157         new_val = ptr[10] - sum;
158
159         if (new_val < -32768 || new_val > 32767) {
160             memset(out, 0, len * 2);
161             memset(statbuf, 0, 20);
162             return;
163         }
164
165         ptr[10] = new_val;
166         ptr++;
167     }
168
169     memcpy(out, work+10, len * 2);
170     memcpy(statbuf, work + 40, 20);
171 }
172
173 static unsigned int rescale_rms(int rms, int energy)
174 {
175     return (rms * energy) >> 10;
176 }
177
178 static unsigned int rms(const int *data)
179 {
180     int x;
181     unsigned int res = 0x10000;
182     int b = 0;
183
184     for (x=0; x<10; x++) {
185         res = (((0x1000000 - (*data) * (*data)) >> 12) * res) >> 12;
186
187         if (res == 0)
188             return 0;
189
190         while (res <= 0x3fff) {
191             b++;
192             res <<= 2;
193         }
194         data++;
195     }
196
197     if (res > 0)
198         res = t_sqrt(res);
199
200     res >>= (b + 10);
201     return res;
202 }
203
204 /* do quarter-block output */
205 static void do_output_subblock(RA144Context *ractx,
206                                const uint16_t  *lpc_coefs, unsigned int gval,
207                                int16_t *output_buffer, GetBitContext *gb)
208 {
209     uint16_t buffer_a[40];
210     uint16_t *block;
211     int cba_idx = get_bits(gb, 7); // index of the adaptive CB, 0 if none
212     int gain    = get_bits(gb, 8);
213     int cb1_idx = get_bits(gb, 7);
214     int cb2_idx = get_bits(gb, 7);
215     int m[3];
216
217     if (cba_idx) {
218         cba_idx += HALFBLOCK - 1;
219         rotate_block(ractx->adapt_cb, buffer_a, cba_idx);
220         m[0] = irms(buffer_a, gval) >> 12;
221     } else {
222         m[0] = 0;
223     }
224
225     m[1] = ((cb1_base[cb1_idx] >> 4) * gval) >> 8;
226     m[2] = ((cb2_base[cb2_idx] >> 4) * gval) >> 8;
227
228     memmove(ractx->adapt_cb, ractx->adapt_cb + BLOCKSIZE,
229             (BUFFERSIZE - BLOCKSIZE) * 2);
230
231     block = ractx->adapt_cb + BUFFERSIZE - BLOCKSIZE;
232
233     add_wav(gain, cba_idx, m, buffer_a, cb1_vects[cb1_idx], cb2_vects[cb2_idx],
234             block);
235
236     lpc_filter(lpc_coefs, block, output_buffer, ractx->buffer, BLOCKSIZE);
237 }
238
239 static void int_to_int16(int16_t *out, const int *inp)
240 {
241     int i;
242
243     for (i=0; i<30; i++)
244         *(out++) = *(inp++);
245 }
246
247 /**
248  * Evaluate the reflection coefficients from the filter coefficients.
249  * Does the inverse of the eval_coefs() function.
250  *
251  * @return 1 if one of the reflection coefficients is of magnitude greater than
252  *         4095, 0 if not.
253  */
254 static int eval_refl(const int16_t *coefs, int *refl, RA144Context *ractx)
255 {
256     int retval = 0;
257     int b, c, i;
258     unsigned int u;
259     int buffer1[10];
260     int buffer2[10];
261     int *bp1 = buffer1;
262     int *bp2 = buffer2;
263
264     for (i=0; i < 10; i++)
265         buffer2[i] = coefs[i];
266
267     u = refl[9] = bp2[9];
268
269     if (u + 0x1000 > 0x1fff) {
270         av_log(ractx, AV_LOG_ERROR, "Overflow. Broken sample?\n");
271         return 0;
272     }
273
274     for (c=8; c >= 0; c--) {
275         if (u == 0x1000)
276             u++;
277
278         if (u == 0xfffff000)
279             u--;
280
281         b = 0x1000-((u * u) >> 12);
282
283         if (b == 0)
284             b++;
285
286         for (u=0; u<=c; u++)
287             bp1[u] = ((bp2[u] - ((refl[c+1] * bp2[c-u]) >> 12)) * (0x1000000 / b)) >> 12;
288
289         refl[c] = u = bp1[c];
290
291         if ((u + 0x1000) > 0x1fff)
292             retval = 1;
293
294         FFSWAP(int *, bp1, bp2);
295     }
296     return retval;
297 }
298
299 static int interp(RA144Context *ractx, int16_t *out, int block_num,
300                   int copynew, int energy)
301 {
302     int work[10];
303     int a = block_num + 1;
304     int b = NBLOCKS - a;
305     int x;
306
307     // Interpolate block coefficients from the this frame forth block and
308     // last frame forth block
309     for (x=0; x<30; x++)
310         out[x] = (a * ractx->lpc_coef[x] + b * ractx->lpc_coef_old[x])>> 2;
311
312     if (eval_refl(out, work, ractx)) {
313         // The interpolated coefficients are unstable, copy either new or old
314         // coefficients
315         if (copynew) {
316             int_to_int16(out, ractx->lpc_coef);
317             return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms, energy);
318         } else {
319             int_to_int16(out, ractx->lpc_coef_old);
320             return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms_old, energy);
321         }
322     } else {
323         return rescale_rms(rms(work), energy);
324     }
325 }
326
327 /* Uncompress one block (20 bytes -> 160*2 bytes) */
328 static int ra144_decode_frame(AVCodecContext * avctx,
329                               void *vdata, int *data_size,
330                               const uint8_t * buf, int buf_size)
331 {
332     static const uint8_t sizes[10] = {6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 2};
333     unsigned int refl_rms[4];    // RMS of the reflection coefficients
334     uint16_t block_coefs[4][30]; // LPC coefficients of each sub-block
335     unsigned int lpc_refl[10];   // LPC reflection coefficients of the frame
336     int i, c;
337     int16_t *data = vdata;
338     unsigned int energy;
339
340     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
341     GetBitContext gb;
342
343     if(buf_size < 20) {
344         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
345                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
346         *data_size = 0;
347         return buf_size;
348     }
349     init_get_bits(&gb, buf, 20 * 8);
350
351     for (i=0; i<10; i++)
352         // "<< 1"? Doesn't this make one value out of two of the table useless?
353         lpc_refl[i] = lpc_refl_cb[i][get_bits(&gb, sizes[i]) << 1];
354
355     eval_coefs(lpc_refl, ractx->lpc_coef);
356     ractx->lpc_refl_rms = rms(lpc_refl);
357
358     energy = energy_tab[get_bits(&gb, 5) << 1]; // Useless table entries?
359
360     refl_rms[0] = interp(ractx, block_coefs[0], 0, 0, ractx->old_energy);
361     refl_rms[1] = interp(ractx, block_coefs[1], 1, energy > ractx->old_energy,
362                     t_sqrt(energy*ractx->old_energy) >> 12);
363     refl_rms[2] = interp(ractx, block_coefs[2], 2, 1, energy);
364     refl_rms[3] = rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms, energy);
365
366     int_to_int16(block_coefs[3], ractx->lpc_coef);
367
368     /* do output */
369     for (c=0; c<4; c++) {
370         do_output_subblock(ractx, block_coefs[c], refl_rms[c], data, &gb);
371
372         for (i=0; i<BLOCKSIZE; i++) {
373             *data = av_clip_int16(*data << 2);
374             data++;
375         }
376     }
377
378     ractx->old_energy = energy;
379     ractx->lpc_refl_rms_old = ractx->lpc_refl_rms;
380
381     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_coef_old, ractx->lpc_coef);
382
383     *data_size = 2*160;
384     return 20;
385 }
386
387 AVCodec ra_144_decoder =
388 {
389     "real_144",
390     CODEC_TYPE_AUDIO,
391     CODEC_ID_RA_144,
392     sizeof(RA144Context),
393     ra144_decode_init,
394     NULL,
395     NULL,
396     ra144_decode_frame,
397     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 1.0 (14.4K)"),
398 };