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[ffmpeg.git] / libavcodec / truespeech.c
1 /*
2  * DSP Group TrueSpeech compatible decoder
3  * Copyright (c) 2005 Konstantin Shishkov
4  *
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6  *
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20  */
21
22 #include "libavutil/intreadwrite.h"
23 #include "avcodec.h"
24 #include "dsputil.h"
25 #include "get_bits.h"
26
27 #include "truespeech_data.h"
28 /**
29  * @file
30  * TrueSpeech decoder.
31  */
32
33 /**
34  * TrueSpeech decoder context
35  */
36 typedef struct {
37     AVFrame frame;
38     DSPContext dsp;
39     /* input data */
40     uint8_t buffer[32];
41     int16_t vector[8];  ///< input vector: 5/5/4/4/4/3/3/3
42     int offset1[2];     ///< 8-bit value, used in one copying offset
43     int offset2[4];     ///< 7-bit value, encodes offsets for copying and for two-point filter
44     int pulseoff[4];    ///< 4-bit offset of pulse values block
45     int pulsepos[4];    ///< 27-bit variable, encodes 7 pulse positions
46     int pulseval[4];    ///< 7x2-bit pulse values
47     int flag;           ///< 1-bit flag, shows how to choose filters
48     /* temporary data */
49     int filtbuf[146];   // some big vector used for storing filters
50     int prevfilt[8];    // filter from previous frame
51     int16_t tmp1[8];    // coefficients for adding to out
52     int16_t tmp2[8];    // coefficients for adding to out
53     int16_t tmp3[8];    // coefficients for adding to out
54     int16_t cvector[8]; // correlated input vector
55     int filtval;        // gain value for one function
56     int16_t newvec[60]; // tmp vector
57     int16_t filters[32]; // filters for every subframe
58 } TSContext;
59
60 static av_cold int truespeech_decode_init(AVCodecContext * avctx)
61 {
62     TSContext *c = avctx->priv_data;
63
64     if (avctx->channels != 1) {
65         av_log_ask_for_sample(avctx, "Unsupported channel count: %d\n", avctx->channels);
66         return AVERROR(EINVAL);
67     }
68
69     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
70
71     dsputil_init(&c->dsp, avctx);
72
73     avcodec_get_frame_defaults(&c->frame);
74     avctx->coded_frame = &c->frame;
75
76     return 0;
77 }
78
79 static void truespeech_read_frame(TSContext *dec, const uint8_t *input)
80 {
81     GetBitContext gb;
82
83     dec->dsp.bswap_buf((uint32_t *)dec->buffer, (const uint32_t *)input, 8);
84     init_get_bits(&gb, dec->buffer, 32 * 8);
85
86     dec->vector[7] = ts_codebook[7][get_bits(&gb, 3)];
87     dec->vector[6] = ts_codebook[6][get_bits(&gb, 3)];
88     dec->vector[5] = ts_codebook[5][get_bits(&gb, 3)];
89     dec->vector[4] = ts_codebook[4][get_bits(&gb, 4)];
90     dec->vector[3] = ts_codebook[3][get_bits(&gb, 4)];
91     dec->vector[2] = ts_codebook[2][get_bits(&gb, 4)];
92     dec->vector[1] = ts_codebook[1][get_bits(&gb, 5)];
93     dec->vector[0] = ts_codebook[0][get_bits(&gb, 5)];
94     dec->flag      = get_bits1(&gb);
95
96     dec->offset1[0] = get_bits(&gb, 4) << 4;
97     dec->offset2[3] = get_bits(&gb, 7);
98     dec->offset2[2] = get_bits(&gb, 7);
99     dec->offset2[1] = get_bits(&gb, 7);
100     dec->offset2[0] = get_bits(&gb, 7);
101
102     dec->offset1[1]  = get_bits(&gb, 4);
103     dec->pulseval[1] = get_bits(&gb, 14);
104     dec->pulseval[0] = get_bits(&gb, 14);
105
106     dec->offset1[1] |= get_bits(&gb, 4) << 4;
107     dec->pulseval[3] = get_bits(&gb, 14);
108     dec->pulseval[2] = get_bits(&gb, 14);
109
110     dec->offset1[0] |= get_bits1(&gb);
111     dec->pulsepos[0] = get_bits_long(&gb, 27);
112     dec->pulseoff[0] = get_bits(&gb, 4);
113
114     dec->offset1[0] |= get_bits1(&gb) << 1;
115     dec->pulsepos[1] = get_bits_long(&gb, 27);
116     dec->pulseoff[1] = get_bits(&gb, 4);
117
118     dec->offset1[0] |= get_bits1(&gb) << 2;
119     dec->pulsepos[2] = get_bits_long(&gb, 27);
120     dec->pulseoff[2] = get_bits(&gb, 4);
121
122     dec->offset1[0] |= get_bits1(&gb) << 3;
123     dec->pulsepos[3] = get_bits_long(&gb, 27);
124     dec->pulseoff[3] = get_bits(&gb, 4);
125 }
126
127 static void truespeech_correlate_filter(TSContext *dec)
128 {
129     int16_t tmp[8];
130     int i, j;
131
132     for(i = 0; i < 8; i++){
133         if(i > 0){
134             memcpy(tmp, dec->cvector, i * sizeof(*tmp));
135             for(j = 0; j < i; j++)
136                 dec->cvector[j] = ((tmp[i - j - 1] * dec->vector[i]) +
137                                    (dec->cvector[j] << 15) + 0x4000) >> 15;
138         }
139         dec->cvector[i] = (8 - dec->vector[i]) >> 3;
140     }
141     for(i = 0; i < 8; i++)
142         dec->cvector[i] = (dec->cvector[i] * ts_decay_994_1000[i]) >> 15;
143
144     dec->filtval = dec->vector[0];
145 }
146
147 static void truespeech_filters_merge(TSContext *dec)
148 {
149     int i;
150
151     if(!dec->flag){
152         for(i = 0; i < 8; i++){
153             dec->filters[i + 0] = dec->prevfilt[i];
154             dec->filters[i + 8] = dec->prevfilt[i];
155         }
156     }else{
157         for(i = 0; i < 8; i++){
158             dec->filters[i + 0]=(dec->cvector[i] * 21846 + dec->prevfilt[i] * 10923 + 16384) >> 15;
159             dec->filters[i + 8]=(dec->cvector[i] * 10923 + dec->prevfilt[i] * 21846 + 16384) >> 15;
160         }
161     }
162     for(i = 0; i < 8; i++){
163         dec->filters[i + 16] = dec->cvector[i];
164         dec->filters[i + 24] = dec->cvector[i];
165     }
166 }
167
168 static void truespeech_apply_twopoint_filter(TSContext *dec, int quart)
169 {
170     int16_t tmp[146 + 60], *ptr0, *ptr1;
171     const int16_t *filter;
172     int i, t, off;
173
174     t = dec->offset2[quart];
175     if(t == 127){
176         memset(dec->newvec, 0, 60 * sizeof(*dec->newvec));
177         return;
178     }
179     for(i = 0; i < 146; i++)
180         tmp[i] = dec->filtbuf[i];
181     off = (t / 25) + dec->offset1[quart >> 1] + 18;
182     ptr0 = tmp + 145 - off;
183     ptr1 = tmp + 146;
184     filter = (const int16_t*)ts_order2_coeffs + (t % 25) * 2;
185     for(i = 0; i < 60; i++){
186         t = (ptr0[0] * filter[0] + ptr0[1] * filter[1] + 0x2000) >> 14;
187         ptr0++;
188         dec->newvec[i] = t;
189         ptr1[i] = t;
190     }
191 }
192
193 static void truespeech_place_pulses(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
194 {
195     int16_t tmp[7];
196     int i, j, t;
197     const int16_t *ptr1;
198     int16_t *ptr2;
199     int coef;
200
201     memset(out, 0, 60 * sizeof(*out));
202     for(i = 0; i < 7; i++) {
203         t = dec->pulseval[quart] & 3;
204         dec->pulseval[quart] >>= 2;
205         tmp[6 - i] = ts_pulse_scales[dec->pulseoff[quart] * 4 + t];
206     }
207
208     coef = dec->pulsepos[quart] >> 15;
209     ptr1 = (const int16_t*)ts_pulse_values + 30;
210     ptr2 = tmp;
211     for(i = 0, j = 3; (i < 30) && (j > 0); i++){
212         t = *ptr1++;
213         if(coef >= t)
214             coef -= t;
215         else{
216             out[i] = *ptr2++;
217             ptr1 += 30;
218             j--;
219         }
220     }
221     coef = dec->pulsepos[quart] & 0x7FFF;
222     ptr1 = (const int16_t*)ts_pulse_values;
223     for(i = 30, j = 4; (i < 60) && (j > 0); i++){
224         t = *ptr1++;
225         if(coef >= t)
226             coef -= t;
227         else{
228             out[i] = *ptr2++;
229             ptr1 += 30;
230             j--;
231         }
232     }
233
234 }
235
236 static void truespeech_update_filters(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
237 {
238     int i;
239
240     memmove(dec->filtbuf, &dec->filtbuf[60], 86 * sizeof(*dec->filtbuf));
241     for(i = 0; i < 60; i++){
242         dec->filtbuf[i + 86] = out[i] + dec->newvec[i] - (dec->newvec[i] >> 3);
243         out[i] += dec->newvec[i];
244     }
245 }
246
247 static void truespeech_synth(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
248 {
249     int i,k;
250     int t[8];
251     int16_t *ptr0, *ptr1;
252
253     ptr0 = dec->tmp1;
254     ptr1 = dec->filters + quart * 8;
255     for(i = 0; i < 60; i++){
256         int sum = 0;
257         for(k = 0; k < 8; k++)
258             sum += ptr0[k] * ptr1[k];
259         sum = (sum + (out[i] << 12) + 0x800) >> 12;
260         out[i] = av_clip(sum, -0x7FFE, 0x7FFE);
261         for(k = 7; k > 0; k--)
262             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
263         ptr0[0] = out[i];
264     }
265
266     for(i = 0; i < 8; i++)
267         t[i] = (ts_decay_35_64[i] * ptr1[i]) >> 15;
268
269     ptr0 = dec->tmp2;
270     for(i = 0; i < 60; i++){
271         int sum = 0;
272         for(k = 0; k < 8; k++)
273             sum += ptr0[k] * t[k];
274         for(k = 7; k > 0; k--)
275             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
276         ptr0[0] = out[i];
277         out[i] = ((out[i] << 12) - sum) >> 12;
278     }
279
280     for(i = 0; i < 8; i++)
281         t[i] = (ts_decay_3_4[i] * ptr1[i]) >> 15;
282
283     ptr0 = dec->tmp3;
284     for(i = 0; i < 60; i++){
285         int sum = out[i] << 12;
286         for(k = 0; k < 8; k++)
287             sum += ptr0[k] * t[k];
288         for(k = 7; k > 0; k--)
289             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
290         ptr0[0] = av_clip((sum + 0x800) >> 12, -0x7FFE, 0x7FFE);
291
292         sum = ((ptr0[1] * (dec->filtval - (dec->filtval >> 2))) >> 4) + sum;
293         sum = sum - (sum >> 3);
294         out[i] = av_clip((sum + 0x800) >> 12, -0x7FFE, 0x7FFE);
295     }
296 }
297
298 static void truespeech_save_prevvec(TSContext *c)
299 {
300     int i;
301
302     for(i = 0; i < 8; i++)
303         c->prevfilt[i] = c->cvector[i];
304 }
305
306 static int truespeech_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
307                                    int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
308 {
309     const uint8_t *buf = avpkt->data;
310     int buf_size = avpkt->size;
311     TSContext *c = avctx->priv_data;
312
313     int i, j;
314     int16_t *samples;
315     int iterations, ret;
316
317     iterations = buf_size / 32;
318
319     if (!iterations) {
320         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
321                "Too small input buffer (%d bytes), need at least 32 bytes\n", buf_size);
322         return -1;
323     }
324
325     /* get output buffer */
326     c->frame.nb_samples = iterations * 240;
327     if ((ret = avctx->get_buffer(avctx, &c->frame)) < 0) {
328         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
329         return ret;
330     }
331     samples = (int16_t *)c->frame.data[0];
332
333     memset(samples, 0, iterations * 240 * sizeof(*samples));
334
335     for(j = 0; j < iterations; j++) {
336         truespeech_read_frame(c, buf);
337         buf += 32;
338
339         truespeech_correlate_filter(c);
340         truespeech_filters_merge(c);
341
342         for(i = 0; i < 4; i++) {
343             truespeech_apply_twopoint_filter(c, i);
344             truespeech_place_pulses  (c, samples, i);
345             truespeech_update_filters(c, samples, i);
346             truespeech_synth         (c, samples, i);
347             samples += 60;
348         }
349
350         truespeech_save_prevvec(c);
351     }
352
353     *got_frame_ptr   = 1;
354     *(AVFrame *)data = c->frame;
355
356     return buf_size;
357 }
358
359 AVCodec ff_truespeech_decoder = {
360     .name           = "truespeech",
361     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
362     .id             = CODEC_ID_TRUESPEECH,
363     .priv_data_size = sizeof(TSContext),
364     .init           = truespeech_decode_init,
365     .decode         = truespeech_decode_frame,
366     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
367     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DSP Group TrueSpeech"),
368 };