Merge remote-tracking branch 'qatar/master'
[ffmpeg.git] / libavcodec / ra288.c
1 /*
2  * RealAudio 2.0 (28.8K)
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 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
24 #include "get_bits.h"
25 #include "ra288.h"
26 #include "lpc.h"
27 #include "celp_math.h"
28 #include "celp_filters.h"
29
30 #define MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER  36
31 #define MAX_BACKWARD_FILTER_LEN    40
32 #define MAX_BACKWARD_FILTER_NONREC 35
33
34 #define RA288_BLOCK_SIZE        5
35 #define RA288_BLOCKS_PER_FRAME 32
36
37 typedef struct {
38     float sp_lpc[36];      ///< LPC coefficients for speech data (spec: A)
39     float gain_lpc[10];    ///< LPC coefficients for gain        (spec: GB)
40
41     /** speech data history                                      (spec: SB).
42      *  Its first 70 coefficients are updated only at backward filtering.
43      */
44     float sp_hist[111];
45
46     /// speech part of the gain autocorrelation                  (spec: REXP)
47     float sp_rec[37];
48
49     /** log-gain history                                         (spec: SBLG).
50      *  Its first 28 coefficients are updated only at backward filtering.
51      */
52     float gain_hist[38];
53
54     /// recursive part of the gain autocorrelation               (spec: REXPLG)
55     float gain_rec[11];
56 } RA288Context;
57
58 static av_cold int ra288_decode_init(AVCodecContext *avctx)
59 {
60     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
61     return 0;
62 }
63
64 static void apply_window(float *tgt, const float *m1, const float *m2, int n)
65 {
66     while (n--)
67         *tgt++ = *m1++ * *m2++;
68 }
69
70 static void convolve(float *tgt, const float *src, int len, int n)
71 {
72     for (; n >= 0; n--)
73         tgt[n] = ff_dot_productf(src, src - n, len);
74
75 }
76
77 static void decode(RA288Context *ractx, float gain, int cb_coef)
78 {
79     int i;
80     double sumsum;
81     float sum, buffer[5];
82     float *block = ractx->sp_hist + 70 + 36; // current block
83     float *gain_block = ractx->gain_hist + 28;
84
85     memmove(ractx->sp_hist + 70, ractx->sp_hist + 75, 36*sizeof(*block));
86
87     /* block 46 of G.728 spec */
88     sum = 32.;
89     for (i=0; i < 10; i++)
90         sum -= gain_block[9-i] * ractx->gain_lpc[i];
91
92     /* block 47 of G.728 spec */
93     sum = av_clipf(sum, 0, 60);
94
95     /* block 48 of G.728 spec */
96     /* exp(sum * 0.1151292546497) == pow(10.0,sum/20) */
97     sumsum = exp(sum * 0.1151292546497) * gain * (1.0/(1<<23));
98
99     for (i=0; i < 5; i++)
100         buffer[i] = codetable[cb_coef][i] * sumsum;
101
102     sum = ff_dot_productf(buffer, buffer, 5);
103
104     sum = FFMAX(sum, 5. / (1<<24));
105
106     /* shift and store */
107     memmove(gain_block, gain_block + 1, 9 * sizeof(*gain_block));
108
109     gain_block[9] = 10 * log10(sum) + (10*log10(((1<<24)/5.)) - 32);
110
111     ff_celp_lp_synthesis_filterf(block, ractx->sp_lpc, buffer, 5, 36);
112 }
113
114 /**
115  * Hybrid window filtering, see blocks 36 and 49 of the G.728 specification.
116  *
117  * @param order   filter order
118  * @param n       input length
119  * @param non_rec number of non-recursive samples
120  * @param out     filter output
121  * @param hist    pointer to the input history of the filter
122  * @param out     pointer to the non-recursive part of the output
123  * @param out2    pointer to the recursive part of the output
124  * @param window  pointer to the windowing function table
125  */
126 static void do_hybrid_window(int order, int n, int non_rec, float *out,
127                              float *hist, float *out2, const float *window)
128 {
129     int i;
130     float buffer1[MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER + 1];
131     float buffer2[MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER + 1];
132     float work[MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER + MAX_BACKWARD_FILTER_LEN + MAX_BACKWARD_FILTER_NONREC];
133
134     apply_window(work, window, hist, order + n + non_rec);
135
136     convolve(buffer1, work + order    , n      , order);
137     convolve(buffer2, work + order + n, non_rec, order);
138
139     for (i=0; i <= order; i++) {
140         out2[i] = out2[i] * 0.5625 + buffer1[i];
141         out [i] = out2[i]          + buffer2[i];
142     }
143
144     /* Multiply by the white noise correcting factor (WNCF). */
145     *out *= 257./256.;
146 }
147
148 /**
149  * Backward synthesis filter, find the LPC coefficients from past speech data.
150  */
151 static void backward_filter(float *hist, float *rec, const float *window,
152                             float *lpc, const float *tab,
153                             int order, int n, int non_rec, int move_size)
154 {
155     float temp[MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER+1];
156
157     do_hybrid_window(order, n, non_rec, temp, hist, rec, window);
158
159     if (!compute_lpc_coefs(temp, order, lpc, 0, 1, 1))
160         apply_window(lpc, lpc, tab, order);
161
162     memmove(hist, hist + n, move_size*sizeof(*hist));
163 }
164
165 static int ra288_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
166                               int *data_size, AVPacket *avpkt)
167 {
168     const uint8_t *buf = avpkt->data;
169     int buf_size = avpkt->size;
170     float *out = data;
171     int i, j, out_size;
172     RA288Context *ractx = avctx->priv_data;
173     GetBitContext gb;
174
175     if (buf_size < avctx->block_align) {
176         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
177                "Error! Input buffer is too small [%d<%d]\n",
178                buf_size, avctx->block_align);
179         return 0;
180     }
181
182     out_size = RA288_BLOCK_SIZE * RA288_BLOCKS_PER_FRAME *
183                av_get_bytes_per_sample(avctx->sample_fmt);
184     if (*data_size < out_size) {
185         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Output buffer is too small\n");
186         return AVERROR(EINVAL);
187     }
188
189     init_get_bits(&gb, buf, avctx->block_align * 8);
190
191     for (i=0; i < RA288_BLOCKS_PER_FRAME; i++) {
192         float gain = amptable[get_bits(&gb, 3)];
193         int cb_coef = get_bits(&gb, 6 + (i&1));
194
195         decode(ractx, gain, cb_coef);
196
197         for (j=0; j < RA288_BLOCK_SIZE; j++)
198             *(out++) = ractx->sp_hist[70 + 36 + j];
199
200         if ((i & 7) == 3) {
201             backward_filter(ractx->sp_hist, ractx->sp_rec, syn_window,
202                             ractx->sp_lpc, syn_bw_tab, 36, 40, 35, 70);
203
204             backward_filter(ractx->gain_hist, ractx->gain_rec, gain_window,
205                             ractx->gain_lpc, gain_bw_tab, 10, 8, 20, 28);
206         }
207     }
208
209     *data_size = out_size;
210     return avctx->block_align;
211 }
212
213 AVCodec ff_ra_288_decoder = {
214     .name           = "real_288",
215     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
216     .id             = CODEC_ID_RA_288,
217     .priv_data_size = sizeof(RA288Context),
218     .init           = ra288_decode_init,
219     .decode         = ra288_decode_frame,
220     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 2.0 (28.8K)"),
221 };