920582758b835995c549c4dcc684ed33bc3fd80e
[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 /* internal globals */
33 typedef struct {
34     unsigned int     old_energy;        ///< previous frame energy
35
36     /* the swapped buffers */
37     unsigned int     lpc_tables[4][10];
38     unsigned int    *lpc_refl;          ///< LPC reflection coefficients
39     unsigned int    *lpc_coef;          ///< LPC coefficients
40     unsigned int    *lpc_refl_old;      ///< previous frame LPC reflection coefs
41     unsigned int    *lpc_coef_old;      ///< previous frame LPC coefficients
42
43     unsigned int buffer[5];
44     uint16_t adapt_cb[148];             ///< adaptive codebook
45 } RA144Context;
46
47 static int ra144_decode_init(AVCodecContext * avctx)
48 {
49     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
50
51     ractx->lpc_refl     = ractx->lpc_tables[0];
52     ractx->lpc_coef     = ractx->lpc_tables[1];
53     ractx->lpc_refl_old = ractx->lpc_tables[2];
54     ractx->lpc_coef_old = ractx->lpc_tables[3];
55
56     return 0;
57 }
58
59 /**
60  * Evaluate sqrt(x << 24). x must fit in 20 bits. This value is evaluated in an
61  * odd way to make the output identical to the binary decoder.
62  */
63 static int t_sqrt(unsigned int x)
64 {
65     int s = 0;
66     while (x > 0xfff) {
67         s++;
68         x = x >> 2;
69     }
70
71     return (ff_sqrt(x << 20) << s) << 2;
72 }
73
74 /* do 'voice' */
75 static void do_voice(const int *a1, int *a2)
76 {
77     int buffer[10];
78     int *b1 = buffer;
79     int *b2 = a2;
80     int x, y;
81
82     for (x=0; x < 10; x++) {
83         b1[x] = a1[x] << 4;
84
85         for (y=0; y < x; y++)
86             b1[y] = ((a1[x] * b2[x-y-1]) >> 12) + b2[y];
87
88         FFSWAP(int *, b1, b2);
89     }
90
91     for (x=0; x < 10; x++)
92         a2[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] = (wavtable1[n][i] * m[i]) >> (wavtable2[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
139 static void final(const int16_t *i1, const int16_t *i2,
140                   void *out, int *statbuf, int len)
141 {
142     int x, i;
143     uint16_t work[50];
144     int16_t *ptr = work;
145
146     memcpy(work, statbuf,20);
147     memcpy(work + 10, i2, len * 2);
148
149     for (i=0; i<len; i++) {
150         int sum = 0;
151         int new_val;
152
153         for(x=0; x<10; x++)
154             sum += i1[9-x] * ptr[x];
155
156         sum >>= 12;
157
158         new_val = ptr[10] - sum;
159
160         if (new_val < -32768 || new_val > 32767) {
161             memset(out, 0, len * 2);
162             memset(statbuf, 0, 20);
163             return;
164         }
165
166         ptr[10] = new_val;
167         ptr++;
168     }
169
170     memcpy(out, work+10, len * 2);
171     memcpy(statbuf, work + 40, 20);
172 }
173
174 static unsigned int rms(const int *data, int f)
175 {
176     int x;
177     unsigned int res = 0x10000;
178     int b = 0;
179
180     for (x=0; x<10; x++) {
181         res = (((0x1000000 - (*data) * (*data)) >> 12) * res) >> 12;
182
183         if (res == 0)
184             return 0;
185
186         if (res > 0x10000)
187             return 0; /* We're screwed, might as well go out with a bang. :P */
188
189         while (res <= 0x3fff) {
190             b++;
191             res <<= 2;
192         }
193         data++;
194     }
195
196     if (res > 0)
197         res = t_sqrt(res);
198
199     res >>= (b + 10);
200     res = (res * f) >> 10;
201     return res;
202 }
203
204 /* do quarter-block output */
205 static void do_output_subblock(RA144Context *ractx,
206                                const uint16_t  *gsp, 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] = ((ftable1[cb1_idx] >> 4) * gval) >> 8;
226     m[2] = ((ftable2[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, etable1[cb1_idx], etable2[cb2_idx],
234             block);
235
236     final(gsp, block, output_buffer, ractx->buffer, BLOCKSIZE);
237 }
238
239 static int dec1(int16_t *decsp, const int *data, const int *inp, int f)
240 {
241     int i;
242
243     for (i=0; i<30; i++)
244         *(decsp++) = *(inp++);
245
246     return rms(data, f);
247 }
248
249 static int eq(const int16_t *in, int *target)
250 {
251     int retval = 0;
252     int b, c, i;
253     unsigned int u;
254     int buffer1[10];
255     int buffer2[10];
256     int *bp1 = buffer1;
257     int *bp2 = buffer2;
258
259     for (i=0; i < 10; i++)
260         buffer2[i] = in[i];
261
262     u = target[9] = bp2[9];
263
264     if (u + 0x1000 > 0x1fff)
265         return 0; /* We're screwed, might as well go out with a bang. :P */
266
267     for (c=8; c >= 0; c--) {
268         if (u == 0x1000)
269             u++;
270
271         if (u == 0xfffff000)
272             u--;
273
274         b = 0x1000-((u * u) >> 12);
275
276         if (b == 0)
277             b++;
278
279         for (u=0; u<=c; u++)
280             bp1[u] = ((bp2[u] - ((target[c+1] * bp2[c-u]) >> 12)) * (0x1000000 / b)) >> 12;
281
282         target[c] = u = bp1[c];
283
284         if ((u + 0x1000) > 0x1fff)
285             retval = 1;
286
287         FFSWAP(int *, bp1, bp2);
288     }
289     return retval;
290 }
291
292 static int dec2(RA144Context *ractx, int16_t *decsp, int block_num,
293                 int copynew, int f)
294 {
295     int work[10];
296     int a = block_num + 1;
297     int b = NBLOCKS - a;
298     int x;
299
300     // Interpolate block coefficients from the this frame forth block and
301     // last frame forth block
302     for (x=0; x<30; x++)
303         decsp[x] = (a * ractx->lpc_coef[x] + b * ractx->lpc_coef_old[x])>> 2;
304
305     if (eq(decsp, work)) {
306         // The interpolated coefficients are unstable, copy either new or old
307         // coefficients
308         if (copynew)
309             return dec1(decsp, ractx->lpc_refl, ractx->lpc_coef, f);
310         else
311             return dec1(decsp, ractx->lpc_refl_old, ractx->lpc_coef_old, f);
312     } else {
313         return rms(work, f);
314     }
315 }
316
317 /* Uncompress one block (20 bytes -> 160*2 bytes) */
318 static int ra144_decode_frame(AVCodecContext * avctx,
319                               void *vdata, int *data_size,
320                               const uint8_t * buf, int buf_size)
321 {
322     static const uint8_t sizes[10] = {6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 2};
323     unsigned int refl_rms[4];  // RMS of the reflection coefficients
324     uint16_t gbuf2[4][30];
325     int i, c;
326     int16_t *data = vdata;
327     unsigned int energy;
328
329     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
330     GetBitContext gb;
331
332     if(buf_size < 20) {
333         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
334                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
335         return buf_size;
336     }
337     init_get_bits(&gb, buf, 20 * 8);
338
339     for (i=0; i<10; i++)
340         // "<< 1"? Doesn't this make one value out of two of the table useless?
341         ractx->lpc_refl[i] = decodetable[i][get_bits(&gb, sizes[i]) << 1];
342
343     do_voice(ractx->lpc_refl, ractx->lpc_coef);
344
345     energy = decodeval[get_bits(&gb, 5) << 1]; // Useless table entries?
346
347     refl_rms[0] = dec2(ractx, gbuf2[0], 0, 0, ractx->old_energy);
348     refl_rms[1] = dec2(ractx, gbuf2[1], 1, energy > ractx->old_energy,
349                     t_sqrt(energy*ractx->old_energy) >> 12);
350     refl_rms[2] = dec2(ractx, gbuf2[2], 2, 1, energy);
351     refl_rms[3] = dec1(gbuf2[3], ractx->lpc_refl, ractx->lpc_coef, energy);
352
353     /* do output */
354     for (c=0; c<4; c++) {
355         do_output_subblock(ractx, gbuf2[c], refl_rms[c], data, &gb);
356
357         for (i=0; i<BLOCKSIZE; i++) {
358             *data = av_clip_int16(*data << 2);
359             data++;
360         }
361     }
362
363     ractx->old_energy = energy;
364
365     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_refl_old, ractx->lpc_refl);
366     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_coef_old, ractx->lpc_coef);
367
368     *data_size = 2*160;
369     return 20;
370 }
371
372
373 AVCodec ra_144_decoder =
374 {
375     "real_144",
376     CODEC_TYPE_AUDIO,
377     CODEC_ID_RA_144,
378     sizeof(RA144Context),
379     ra144_decode_init,
380     NULL,
381     NULL,
382     ra144_decode_frame,
383     .long_name = "RealAudio 1.0 (14.4K)",
384 };