Use lpc_coef[2] instead of lpc_coef and lpc_coef_old
[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 subblocks within a block
27 #define BLOCKSIZE       40      ///< subblock size in 16-bit words
28 #define BUFFERSIZE      146     ///< the size of the adaptive codebook
29
30
31 typedef struct {
32     unsigned int     old_energy;        ///< previous frame energy
33
34     unsigned int     lpc_tables[2][10];
35
36     /** LPC coefficients: lpc_coef[0] is the coefficients of the current frame
37      *  and lpc_coef[1] of the previous one */
38     unsigned int    *lpc_coef[2];
39
40     unsigned int     lpc_refl_rms[2];
41
42     /** the current subblock padded by the last 10 values of the previous one*/
43     int16_t curr_sblock[50];
44
45     /** adaptive codebook. Its size is two units bigger to avoid a
46      *  buffer overflow */
47     uint16_t adapt_cb[148];
48 } RA144Context;
49
50 static int ra144_decode_init(AVCodecContext * avctx)
51 {
52     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
53
54     ractx->lpc_coef[0] = ractx->lpc_tables[0];
55     ractx->lpc_coef[1] = ractx->lpc_tables[1];
56
57     return 0;
58 }
59
60 /**
61  * Evaluate sqrt(x << 24). x must fit in 20 bits. This value is evaluated in an
62  * odd way to make the output identical to the binary decoder.
63  */
64 static int t_sqrt(unsigned int x)
65 {
66     int s = 2;
67     while (x > 0xfff) {
68         s++;
69         x = x >> 2;
70     }
71
72     return ff_sqrt(x << 20) << s;
73 }
74
75 /**
76  * Evaluate the LPC filter coefficients from the reflection coefficients.
77  * Does the inverse of the eval_refl() function.
78  */
79 static void eval_coefs(int *coefs, const int *refl)
80 {
81     int buffer[10];
82     int *b1 = buffer;
83     int *b2 = coefs;
84     int x, y;
85
86     for (x=0; x < 10; x++) {
87         b1[x] = refl[x] << 4;
88
89         for (y=0; y < x; y++)
90             b1[y] = ((refl[x] * b2[x-y-1]) >> 12) + b2[y];
91
92         FFSWAP(int *, b1, b2);
93     }
94
95     for (x=0; x < 10; x++)
96         coefs[x] >>= 4;
97 }
98
99 /**
100  * Copy the last offset values of *source to *target. If those values are not
101  * enough to fill the target buffer, fill it with another copy of those values.
102  */
103 static void copy_and_dup(int16_t *target, const int16_t *source, int offset)
104 {
105     source += BUFFERSIZE - offset;
106
107     if (offset > BLOCKSIZE) {
108         memcpy(target, source, BLOCKSIZE*sizeof(*target));
109     } else {
110         memcpy(target, source, offset*sizeof(*target));
111         memcpy(target + offset, source, (BLOCKSIZE - offset)*sizeof(*target));
112     }
113 }
114
115 /** inverse root mean square */
116 static int irms(const int16_t *data)
117 {
118     unsigned int i, sum = 0;
119
120     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
121         sum += data[i] * data[i];
122
123     if (sum == 0)
124         return 0; /* OOPS - division by zero */
125
126     return 0x20000000 / (t_sqrt(sum) >> 8);
127 }
128
129 static void add_wav(int16_t *dest, int n, int skip_first, int *m,
130                     const int16_t *s1, const int8_t *s2, const int8_t *s3)
131 {
132     int i;
133     int v[3];
134
135     v[0] = 0;
136     for (i=!skip_first; i<3; i++)
137         v[i] = (gain_val_tab[n][i] * m[i]) >> (gain_exp_tab[n][i] + 1);
138
139     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
140         dest[i] = (s1[i]*v[0] + s2[i]*v[1] + s3[i]*v[2]) >> 12;
141 }
142
143 /**
144  * LPC Filter. Each output value is predicted from the 10 previous computed
145  * ones. It overwrites the input with the output.
146  *
147  * @param in the input of the filter. It should be an array of size len + 10.
148  * The 10 first input values are used to evaluate the first filtered one.
149  */
150 static void lpc_filter(uint16_t *in, const int16_t *lpc_coefs, int len)
151 {
152     int x, i;
153     int16_t *ptr = in;
154
155     for (i=0; i<len; i++) {
156         int sum = 0;
157         int new_val;
158
159         for(x=0; x<10; x++)
160             sum += lpc_coefs[9-x] * ptr[x];
161
162         sum >>= 12;
163
164         new_val = ptr[10] - sum;
165
166         if (new_val < -32768 || new_val > 32767) {
167             memset(in, 0, 50*sizeof(*in));
168             return;
169         }
170
171         ptr[10] = new_val;
172         ptr++;
173     }
174 }
175
176 static unsigned int rescale_rms(unsigned int rms, unsigned int energy)
177 {
178     return (rms * energy) >> 10;
179 }
180
181 static unsigned int rms(const int *data)
182 {
183     int x;
184     unsigned int res = 0x10000;
185     int b = 0;
186
187     for (x=0; x<10; x++) {
188         res = (((0x1000000 - data[x]*data[x]) >> 12) * res) >> 12;
189
190         if (res == 0)
191             return 0;
192
193         while (res <= 0x3fff) {
194             b++;
195             res <<= 2;
196         }
197     }
198
199     res = t_sqrt(res);
200
201     res >>= (b + 10);
202     return res;
203 }
204
205 static void do_output_subblock(RA144Context *ractx,
206                                const uint16_t  *lpc_coefs, int gval,
207                                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 += BLOCKSIZE/2 - 1;
219         copy_and_dup(buffer_a, ractx->adapt_cb, 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] * gval) >> 8;
226     m[2] = (cb2_base[cb2_idx] * gval) >> 8;
227
228     memmove(ractx->adapt_cb, ractx->adapt_cb + BLOCKSIZE,
229             (BUFFERSIZE - BLOCKSIZE) * sizeof(*ractx->adapt_cb));
230
231     block = ractx->adapt_cb + BUFFERSIZE - BLOCKSIZE;
232
233     add_wav(block, gain, cba_idx, m, buffer_a,
234             cb1_vects[cb1_idx], cb2_vects[cb2_idx]);
235
236     memcpy(ractx->curr_sblock, ractx->curr_sblock + 40,
237            10*sizeof(*ractx->curr_sblock));
238     memcpy(ractx->curr_sblock + 10, block,
239            BLOCKSIZE*sizeof(*ractx->curr_sblock));
240
241     lpc_filter(ractx->curr_sblock, lpc_coefs, BLOCKSIZE);
242 }
243
244 static void int_to_int16(int16_t *out, const int *inp)
245 {
246     int i;
247
248     for (i=0; i<30; i++)
249         *(out++) = *(inp++);
250 }
251
252 /**
253  * Evaluate the reflection coefficients from the filter coefficients.
254  * Does the inverse of the eval_coefs() function.
255  *
256  * @return 1 if one of the reflection coefficients is of magnitude greater than
257  *         4095, 0 if not.
258  */
259 static int eval_refl(int *refl, const int16_t *coefs, RA144Context *ractx)
260 {
261     int retval = 0;
262     int b, c, i;
263     unsigned int u;
264     int buffer1[10];
265     int buffer2[10];
266     int *bp1 = buffer1;
267     int *bp2 = buffer2;
268
269     for (i=0; i < 10; i++)
270         buffer2[i] = coefs[i];
271
272     u = refl[9] = bp2[9];
273
274     if (u + 0x1000 > 0x1fff) {
275         av_log(ractx, AV_LOG_ERROR, "Overflow. Broken sample?\n");
276         return 1;
277     }
278
279     for (c=8; c >= 0; c--) {
280         if (u == 0x1000)
281             u++;
282
283         if (u == 0xfffff000)
284             u--;
285
286         b = 0x1000-((u * u) >> 12);
287
288         if (b == 0)
289             b++;
290
291         for (u=0; u<=c; u++)
292             bp1[u] = ((bp2[u] - ((refl[c+1] * bp2[c-u]) >> 12)) * (0x1000000 / b)) >> 12;
293
294         refl[c] = u = bp1[c];
295
296         if ((u + 0x1000) > 0x1fff)
297             retval = 1;
298
299         FFSWAP(int *, bp1, bp2);
300     }
301     return retval;
302 }
303
304 static int interp(RA144Context *ractx, int16_t *out, int block_num,
305                   int copynew, int energy)
306 {
307     int work[10];
308     int a = block_num + 1;
309     int b = NBLOCKS - a;
310     int x;
311
312     // Interpolate block coefficients from the this frame forth block and
313     // last frame forth block
314     for (x=0; x<30; x++)
315         out[x] = (a * ractx->lpc_coef[0][x] + b * ractx->lpc_coef[1][x])>> 2;
316
317     if (eval_refl(work, out, ractx)) {
318         // The interpolated coefficients are unstable, copy either new or old
319         // coefficients
320         if (copynew) {
321             int_to_int16(out, ractx->lpc_coef[0]);
322             return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[0], energy);
323         } else {
324             int_to_int16(out, ractx->lpc_coef[1]);
325             return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[1], energy);
326         }
327     } else {
328         return rescale_rms(rms(work), energy);
329     }
330 }
331
332 /* Uncompress one block (20 bytes -> 160*2 bytes) */
333 static int ra144_decode_frame(AVCodecContext * avctx,
334                               void *vdata, int *data_size,
335                               const uint8_t * buf, int buf_size)
336 {
337     static const uint8_t sizes[10] = {6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 2};
338     unsigned int refl_rms[4];    // RMS of the reflection coefficients
339     uint16_t block_coefs[4][30]; // LPC coefficients of each sub-block
340     unsigned int lpc_refl[10];   // LPC reflection coefficients of the frame
341     int i, c;
342     int16_t *data = vdata;
343     unsigned int energy;
344
345     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
346     GetBitContext gb;
347
348     if(buf_size < 20) {
349         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
350                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
351         *data_size = 0;
352         return buf_size;
353     }
354     init_get_bits(&gb, buf, 20 * 8);
355
356     for (i=0; i<10; i++)
357         lpc_refl[i] = lpc_refl_cb[i][get_bits(&gb, sizes[i])];
358
359     eval_coefs(ractx->lpc_coef[0], lpc_refl);
360     ractx->lpc_refl_rms[0] = rms(lpc_refl);
361
362     energy = energy_tab[get_bits(&gb, 5)];
363
364     refl_rms[0] = interp(ractx, block_coefs[0], 0, 0, ractx->old_energy);
365     refl_rms[1] = interp(ractx, block_coefs[1], 1, energy > ractx->old_energy,
366                     t_sqrt(energy*ractx->old_energy) >> 12);
367     refl_rms[2] = interp(ractx, block_coefs[2], 2, 1, energy);
368     refl_rms[3] = rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[0], energy);
369
370     int_to_int16(block_coefs[3], ractx->lpc_coef[0]);
371
372     for (c=0; c<4; c++) {
373         do_output_subblock(ractx, block_coefs[c], refl_rms[c], &gb);
374
375         for (i=0; i<BLOCKSIZE; i++)
376             *data++ = av_clip_int16(ractx->curr_sblock[i + 10] << 2);
377     }
378
379     ractx->old_energy = energy;
380     ractx->lpc_refl_rms[1] = ractx->lpc_refl_rms[0];
381
382     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_coef[0], ractx->lpc_coef[1]);
383
384     *data_size = 2*160;
385     return 20;
386 }
387
388 AVCodec ra_144_decoder =
389 {
390     "real_144",
391     CODEC_TYPE_AUDIO,
392     CODEC_ID_RA_144,
393     sizeof(RA144Context),
394     ra144_decode_init,
395     NULL,
396     NULL,
397     ra144_decode_frame,
398     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 1.0 (14.4K)"),
399 };