a85d58a05a7ff7eb5bdf0dccb69437a987442023
[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 Libav.
6  *
7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "libavutil/channel_layout.h"
23 #include "libavutil/float_dsp.h"
24 #include "libavutil/internal.h"
25 #include "avcodec.h"
26 #include "internal.h"
27 #define BITSTREAM_READER_LE
28 #include "get_bits.h"
29 #include "ra288.h"
30 #include "lpc.h"
31 #include "celp_filters.h"
32
33 #define MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER  36
34 #define MAX_BACKWARD_FILTER_LEN    40
35 #define MAX_BACKWARD_FILTER_NONREC 35
36
37 #define RA288_BLOCK_SIZE        5
38 #define RA288_BLOCKS_PER_FRAME 32
39
40 typedef struct {
41     AVFrame frame;
42     AVFloatDSPContext fdsp;
43     DECLARE_ALIGNED(32, float,   sp_lpc)[FFALIGN(36, 16)];   ///< LPC coefficients for speech data (spec: A)
44     DECLARE_ALIGNED(32, float, gain_lpc)[FFALIGN(10, 16)];   ///< LPC coefficients for gain        (spec: GB)
45
46     /** speech data history                                      (spec: SB).
47      *  Its first 70 coefficients are updated only at backward filtering.
48      */
49     float sp_hist[111];
50
51     /// speech part of the gain autocorrelation                  (spec: REXP)
52     float sp_rec[37];
53
54     /** log-gain history                                         (spec: SBLG).
55      *  Its first 28 coefficients are updated only at backward filtering.
56      */
57     float gain_hist[38];
58
59     /// recursive part of the gain autocorrelation               (spec: REXPLG)
60     float gain_rec[11];
61 } RA288Context;
62
63 static av_cold int ra288_decode_init(AVCodecContext *avctx)
64 {
65     RA288Context *ractx = avctx->priv_data;
66
67     avctx->channels       = 1;
68     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
69     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
70
71     avpriv_float_dsp_init(&ractx->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
72
73     avcodec_get_frame_defaults(&ractx->frame);
74     avctx->coded_frame = &ractx->frame;
75
76     return 0;
77 }
78
79 static void convolve(float *tgt, const float *src, int len, int n)
80 {
81     for (; n >= 0; n--)
82         tgt[n] = avpriv_scalarproduct_float_c(src, src - n, len);
83
84 }
85
86 static void decode(RA288Context *ractx, float gain, int cb_coef)
87 {
88     int i;
89     double sumsum;
90     float sum, buffer[5];
91     float *block = ractx->sp_hist + 70 + 36; // current block
92     float *gain_block = ractx->gain_hist + 28;
93
94     memmove(ractx->sp_hist + 70, ractx->sp_hist + 75, 36*sizeof(*block));
95
96     /* block 46 of G.728 spec */
97     sum = 32.;
98     for (i=0; i < 10; i++)
99         sum -= gain_block[9-i] * ractx->gain_lpc[i];
100
101     /* block 47 of G.728 spec */
102     sum = av_clipf(sum, 0, 60);
103
104     /* block 48 of G.728 spec */
105     /* exp(sum * 0.1151292546497) == pow(10.0,sum/20) */
106     sumsum = exp(sum * 0.1151292546497) * gain * (1.0/(1<<23));
107
108     for (i=0; i < 5; i++)
109         buffer[i] = codetable[cb_coef][i] * sumsum;
110
111     sum = avpriv_scalarproduct_float_c(buffer, buffer, 5) * ((1 << 24) / 5.);
112
113     sum = FFMAX(sum, 1);
114
115     /* shift and store */
116     memmove(gain_block, gain_block + 1, 9 * sizeof(*gain_block));
117
118     gain_block[9] = 10 * log10(sum) - 32;
119
120     ff_celp_lp_synthesis_filterf(block, ractx->sp_lpc, buffer, 5, 36);
121 }
122
123 /**
124  * Hybrid window filtering, see blocks 36 and 49 of the G.728 specification.
125  *
126  * @param order   filter order
127  * @param n       input length
128  * @param non_rec number of non-recursive samples
129  * @param out     filter output
130  * @param hist    pointer to the input history of the filter
131  * @param out     pointer to the non-recursive part of the output
132  * @param out2    pointer to the recursive part of the output
133  * @param window  pointer to the windowing function table
134  */
135 static void do_hybrid_window(RA288Context *ractx,
136                              int order, int n, int non_rec, float *out,
137                              float *hist, float *out2, const float *window)
138 {
139     int i;
140     float buffer1[MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER + 1];
141     float buffer2[MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER + 1];
142     LOCAL_ALIGNED(32, float, work, [FFALIGN(MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER +
143                                             MAX_BACKWARD_FILTER_LEN   +
144                                             MAX_BACKWARD_FILTER_NONREC, 16)]);
145
146     ractx->fdsp.vector_fmul(work, window, hist, FFALIGN(order + n + non_rec, 16));
147
148     convolve(buffer1, work + order    , n      , order);
149     convolve(buffer2, work + order + n, non_rec, order);
150
151     for (i=0; i <= order; i++) {
152         out2[i] = out2[i] * 0.5625 + buffer1[i];
153         out [i] = out2[i]          + buffer2[i];
154     }
155
156     /* Multiply by the white noise correcting factor (WNCF). */
157     *out *= 257./256.;
158 }
159
160 /**
161  * Backward synthesis filter, find the LPC coefficients from past speech data.
162  */
163 static void backward_filter(RA288Context *ractx,
164                             float *hist, float *rec, const float *window,
165                             float *lpc, const float *tab,
166                             int order, int n, int non_rec, int move_size)
167 {
168     float temp[MAX_BACKWARD_FILTER_ORDER+1];
169
170     do_hybrid_window(ractx, order, n, non_rec, temp, hist, rec, window);
171
172     if (!compute_lpc_coefs(temp, order, lpc, 0, 1, 1))
173         ractx->fdsp.vector_fmul(lpc, lpc, tab, FFALIGN(order, 16));
174
175     memmove(hist, hist + n, move_size*sizeof(*hist));
176 }
177
178 static int ra288_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
179                               int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
180 {
181     const uint8_t *buf = avpkt->data;
182     int buf_size = avpkt->size;
183     float *out;
184     int i, ret;
185     RA288Context *ractx = avctx->priv_data;
186     GetBitContext gb;
187
188     if (buf_size < avctx->block_align) {
189         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
190                "Error! Input buffer is too small [%d<%d]\n",
191                buf_size, avctx->block_align);
192         return AVERROR_INVALIDDATA;
193     }
194
195     /* get output buffer */
196     ractx->frame.nb_samples = RA288_BLOCK_SIZE * RA288_BLOCKS_PER_FRAME;
197     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, &ractx->frame)) < 0) {
198         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
199         return ret;
200     }
201     out = (float *)ractx->frame.data[0];
202
203     init_get_bits(&gb, buf, avctx->block_align * 8);
204
205     for (i=0; i < RA288_BLOCKS_PER_FRAME; i++) {
206         float gain = amptable[get_bits(&gb, 3)];
207         int cb_coef = get_bits(&gb, 6 + (i&1));
208
209         decode(ractx, gain, cb_coef);
210
211         memcpy(out, &ractx->sp_hist[70 + 36], RA288_BLOCK_SIZE * sizeof(*out));
212         out += RA288_BLOCK_SIZE;
213
214         if ((i & 7) == 3) {
215             backward_filter(ractx, ractx->sp_hist, ractx->sp_rec, syn_window,
216                             ractx->sp_lpc, syn_bw_tab, 36, 40, 35, 70);
217
218             backward_filter(ractx, ractx->gain_hist, ractx->gain_rec, gain_window,
219                             ractx->gain_lpc, gain_bw_tab, 10, 8, 20, 28);
220         }
221     }
222
223     *got_frame_ptr   = 1;
224     *(AVFrame *)data = ractx->frame;
225
226     return avctx->block_align;
227 }
228
229 AVCodec ff_ra_288_decoder = {
230     .name           = "real_288",
231     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
232     .id             = AV_CODEC_ID_RA_288,
233     .priv_data_size = sizeof(RA288Context),
234     .init           = ra288_decode_init,
235     .decode         = ra288_decode_frame,
236     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
237     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 2.0 (28.8K)"),
238 };