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