824fd555cb7785839caa4d951d85eb892c335ffa
[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 "bitstream.h"
25 #include "ra288.h"
26
27 typedef struct {
28     float history[8];
29     float output[40];
30     float pr1[36];
31     float pr2[10];
32     int   phase;
33
34     float sp_hist[111]; ///< Speech data history (spec: SB)
35
36     /** Speech part of the gain autocorrelation (spec: REXP) */
37     float sp_rec[37];
38
39     float gain_hist[38];   ///< Log-gain history (spec: SBLG)
40
41     /** Recursive part of the gain autocorrelation (spec: REXPLG) */
42     float gain_rec[11];
43
44     float sb[41];
45     float lhist[10];
46 } RA288Context;
47
48 static inline float scalar_product_float(const float * v1, const float * v2,
49                                          int size)
50 {
51     float res = 0.;
52
53     while (size--)
54         res += *v1++ * *v2++;
55
56     return res;
57 }
58
59 static void colmult(float *tgt, const float *m1, const float *m2, int n)
60 {
61     while (n--)
62         *tgt++ = *m1++ * *m2++;
63 }
64
65 /* Decode and produce output */
66 static void decode(RA288Context *ractx, float gain, int cb_coef)
67 {
68     int x, y;
69     double sumsum;
70     float sum, buffer[5];
71
72     memmove(ractx->sb + 5, ractx->sb, 36 * sizeof(*ractx->sb));
73
74     for (x=4; x >= 0; x--)
75         ractx->sb[x] = -scalar_product_float(ractx->sb + x + 1, ractx->pr1, 36);
76
77     /* convert log and do rms */
78     sum = 32. - scalar_product_float(ractx->pr2, ractx->lhist, 10);
79
80     sum = av_clipf(sum, 0, 60);
81
82     sumsum = exp(sum * 0.1151292546497) * gain;    /* pow(10.0,sum/20)*f */
83
84     for (x=0; x < 5; x++)
85         buffer[x] = codetable[cb_coef][x] * sumsum;
86
87     sum = scalar_product_float(buffer, buffer, 5) / 5;
88
89     sum = FFMAX(sum, 1);
90
91     /* shift and store */
92     memmove(ractx->lhist, ractx->lhist - 1, 10 * sizeof(*ractx->lhist));
93
94     *ractx->lhist = ractx->history[ractx->phase] = 10 * log10(sum) - 32;
95
96     for (x=1; x < 5; x++)
97         for (y=x-1; y >= 0; y--)
98             buffer[x] -= ractx->pr1[x-y-1] * buffer[y];
99
100     /* output */
101     for (x=0; x < 5; x++) {
102         ractx->output[ractx->phase*5+x] = ractx->sb[4-x] =
103             av_clipf(ractx->sb[4-x] + buffer[x], -4095, 4095);
104     }
105 }
106
107 /**
108  * Converts autocorrelation coefficients to LPC coefficients using the
109  * Levinson-Durbin algorithm. See blocks 37 and 50 of the G.728 specification.
110  *
111  * @return 0 if success, -1 if fail
112  */
113 static int eval_lpc_coeffs(const float *in, float *tgt, int n)
114 {
115     int x, y;
116     double f0, f1, f2;
117
118     if (in[n] == 0)
119         return -1;
120
121     if ((f0 = *in) <= 0)
122         return -1;
123
124     in--; // To avoid a -1 subtraction in the inner loop
125
126     for (x=1; x <= n; x++) {
127         f1 = in[x+1];
128
129         for (y=0; y < x - 1; y++)
130             f1 += in[x-y]*tgt[y];
131
132         tgt[x-1] = f2 = -f1/f0;
133         for (y=0; y < x >> 1; y++) {
134             float temp = tgt[y] + tgt[x-y-2]*f2;
135             tgt[x-y-2] += tgt[y]*f2;
136             tgt[y] = temp;
137         }
138         if ((f0 += f1*f2) < 0)
139             return -1;
140     }
141
142     return 0;
143 }
144
145 static void prodsum(float *tgt, const float *src, int len, int n)
146 {
147     for (; n >= 0; n--)
148         tgt[n] = scalar_product_float(src, src - n, len);
149
150 }
151
152 /**
153  * Hybrid window filtering. See blocks 36 and 49 of the G.728 specification.
154  *
155  * @param order   the order of the filter
156  * @param n       the length of the input
157  * @param non_rec the number of non-recursive samples
158  * @param out     the filter output
159  * @param in      pointer to the input of the filter
160  * @param hist    pointer to the input history of the filter. It is updated by
161  *                this function.
162  * @param out     pointer to the non-recursive part of the output
163  * @param out2    pointer to the recursive part of the output
164  * @param window  pointer to the windowing function table
165  */
166 static void do_hybrid_window(int order, int n, int non_rec, const float *in,
167                              float *out, float *hist, float *out2,
168                              const float *window)
169 {
170     unsigned int x;
171     float buffer1[37];
172     float buffer2[37];
173     float work[111];
174
175     /* update history */
176     memmove(hist                  , hist + n, (order + non_rec)*sizeof(*hist));
177     memcpy (hist + order + non_rec, in      , n                *sizeof(*hist));
178
179     colmult(work, window, hist, order + n + non_rec);
180
181     prodsum(buffer1, work + order    , n      , order);
182     prodsum(buffer2, work + order + n, non_rec, order);
183
184     for (x=0; x <= order; x++) {
185         out2[x] = out2[x] * 0.5625 + buffer1[x];
186         out [x] = out2[x]          + buffer2[x];
187     }
188
189     /* Multiply by the white noise correcting factor (WNCF) */
190     *out *= 257./256.;
191 }
192
193 /**
194  * Backward synthesis filter. Find the LPC coefficients from past speech data.
195  */
196 static void backward_filter(RA288Context *ractx)
197 {
198     float temp1[37];
199     float temp2[11];
200     float st1[37];
201     float st2[11];
202
203     do_hybrid_window(36, 40, 35, ractx->output, temp1, ractx->sp_hist, ractx->sp_rec,
204                      syn_window);
205
206     if (!eval_lpc_coeffs(temp1, st1, 36))
207         colmult(ractx->pr1, st1, syn_bw_tab, 36);
208
209     do_hybrid_window(10, 8, 20, ractx->history, temp2, ractx->gain_hist, ractx->gain_rec,
210                      gain_window);
211
212     if (!eval_lpc_coeffs(temp2, st2, 10))
213         colmult(ractx->pr2, st2, gain_bw_tab, 10);
214 }
215
216 /* Decode a block (celp) */
217 static int ra288_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
218                               int *data_size, const uint8_t * buf,
219                               int buf_size)
220 {
221     int16_t *out = data;
222     int x, y;
223     RA288Context *ractx = avctx->priv_data;
224     GetBitContext gb;
225
226     if (buf_size < avctx->block_align) {
227         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
228                "Error! Input buffer is too small [%d<%d]\n",
229                buf_size, avctx->block_align);
230         return 0;
231     }
232
233     init_get_bits(&gb, buf, avctx->block_align * 8);
234
235     for (x=0; x < 32; x++) {
236         float gain = amptable[get_bits(&gb, 3)];
237         int cb_coef = get_bits(&gb, 6 + (x&1));
238         ractx->phase = (x + 4) & 7;
239         decode(ractx, gain, cb_coef);
240
241         for (y=0; y < 5; y++)
242             *(out++) = 8 * ractx->output[ractx->phase*5 + y];
243
244         if (ractx->phase == 7)
245             backward_filter(ractx);
246     }
247
248     *data_size = (char *)out - (char *)data;
249     return avctx->block_align;
250 }
251
252 AVCodec ra_288_decoder =
253 {
254     "real_288",
255     CODEC_TYPE_AUDIO,
256     CODEC_ID_RA_288,
257     sizeof(RA288Context),
258     NULL,
259     NULL,
260     NULL,
261     ra288_decode_frame,
262     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 2.0 (28.8K)"),
263 };