Update licensing information: The FSF changed postal address.
[ffmpeg.git] / libavcodec / truespeech.c
1 /*
2  * DSP Group TrueSpeech compatible decoder
3  * Copyright (c) 2005 Konstantin Shishkov
4  *
5  * This library is free software; you can redistribute it and/or
6  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
7  * License as published by the Free Software Foundation; either
8  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
9  *
10  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13  * Lesser General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
16  * License along with this library; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
18  */
19 #include "avcodec.h"
20
21 #include "truespeech_data.h"
22 /**
23  * @file truespeech.c
24  * TrueSpeech decoder.
25  */
26
27 /**
28  * TrueSpeech decoder context
29  */
30 typedef struct {
31     /* input data */
32     int16_t vector[8];  //< input vector: 5/5/4/4/4/3/3/3
33     int offset1[2];     //< 8-bit value, used in one copying offset
34     int offset2[4];     //< 7-bit value, encodes offsets for copying and for two-point filter
35     int pulseoff[4];    //< 4-bit offset of pulse values block
36     int pulsepos[4];    //< 27-bit variable, encodes 7 pulse positions
37     int pulseval[4];    //< 7x2-bit pulse values
38     int flag;           //< 1-bit flag, shows how to choose filters
39     /* temporary data */
40     int filtbuf[146];   // some big vector used for storing filters
41     int prevfilt[8];    // filter from previous frame
42     int16_t tmp1[8];    // coefficients for adding to out
43     int16_t tmp2[8];    // coefficients for adding to out
44     int16_t tmp3[8];    // coefficients for adding to out
45     int16_t cvector[8]; // correlated input vector
46     int filtval;        // gain value for one function
47     int16_t newvec[60]; // tmp vector
48     int16_t filters[32]; // filters for every subframe
49 } TSContext;
50
51 static int truespeech_decode_init(AVCodecContext * avctx)
52 {
53 //    TSContext *c = avctx->priv_data;
54
55     return 0;
56 }
57
58 static void truespeech_read_frame(TSContext *dec, uint8_t *input)
59 {
60     uint32_t t;
61
62     /* first dword */
63     t = LE_32(input);
64     input += 4;
65
66     dec->flag = t & 1;
67
68     dec->vector[0] = ts_codebook[0][(t >>  1) & 0x1F];
69     dec->vector[1] = ts_codebook[1][(t >>  6) & 0x1F];
70     dec->vector[2] = ts_codebook[2][(t >> 11) &  0xF];
71     dec->vector[3] = ts_codebook[3][(t >> 15) &  0xF];
72     dec->vector[4] = ts_codebook[4][(t >> 19) &  0xF];
73     dec->vector[5] = ts_codebook[5][(t >> 23) &  0x7];
74     dec->vector[6] = ts_codebook[6][(t >> 26) &  0x7];
75     dec->vector[7] = ts_codebook[7][(t >> 29) &  0x7];
76
77     /* second dword */
78     t = LE_32(input);
79     input += 4;
80
81     dec->offset2[0] = (t >>  0) & 0x7F;
82     dec->offset2[1] = (t >>  7) & 0x7F;
83     dec->offset2[2] = (t >> 14) & 0x7F;
84     dec->offset2[3] = (t >> 21) & 0x7F;
85
86     dec->offset1[0] = ((t >> 28) & 0xF) << 4;
87
88     /* third dword */
89     t = LE_32(input);
90     input += 4;
91
92     dec->pulseval[0] = (t >>  0) & 0x3FFF;
93     dec->pulseval[1] = (t >> 14) & 0x3FFF;
94
95     dec->offset1[1] = (t >> 28) & 0x0F;
96
97     /* fourth dword */
98     t = LE_32(input);
99     input += 4;
100
101     dec->pulseval[2] = (t >>  0) & 0x3FFF;
102     dec->pulseval[3] = (t >> 14) & 0x3FFF;
103
104     dec->offset1[1] |= ((t >> 28) & 0x0F) << 4;
105
106     /* fifth dword */
107     t = LE_32(input);
108     input += 4;
109
110     dec->pulsepos[0] = (t >> 4) & 0x7FFFFFF;
111
112     dec->pulseoff[0] = (t >> 0) & 0xF;
113
114     dec->offset1[0] |= (t >> 31) & 1;
115
116     /* sixth dword */
117     t = LE_32(input);
118     input += 4;
119
120     dec->pulsepos[1] = (t >> 4) & 0x7FFFFFF;
121
122     dec->pulseoff[1] = (t >> 0) & 0xF;
123
124     dec->offset1[0] |= ((t >> 31) & 1) << 1;
125
126     /* seventh dword */
127     t = LE_32(input);
128     input += 4;
129
130     dec->pulsepos[2] = (t >> 4) & 0x7FFFFFF;
131
132     dec->pulseoff[2] = (t >> 0) & 0xF;
133
134     dec->offset1[0] |= ((t >> 31) & 1) << 2;
135
136     /* eighth dword */
137     t = LE_32(input);
138     input += 4;
139
140     dec->pulsepos[3] = (t >> 4) & 0x7FFFFFF;
141
142     dec->pulseoff[3] = (t >> 0) & 0xF;
143
144     dec->offset1[0] |= ((t >> 31) & 1) << 3;
145
146 }
147
148 static void truespeech_correlate_filter(TSContext *dec)
149 {
150     int16_t tmp[8];
151     int i, j;
152
153     for(i = 0; i < 8; i++){
154         if(i > 0){
155             memcpy(tmp, dec->cvector, i * 2);
156             for(j = 0; j < i; j++)
157                 dec->cvector[j] = ((tmp[i - j - 1] * dec->vector[i]) +
158                                    (dec->cvector[j] << 15) + 0x4000) >> 15;
159         }
160         dec->cvector[i] = (8 - dec->vector[i]) >> 3;
161     }
162     for(i = 0; i < 8; i++)
163         dec->cvector[i] = (dec->cvector[i] * ts_230[i]) >> 15;
164
165     dec->filtval = dec->vector[0];
166 }
167
168 static void truespeech_filters_merge(TSContext *dec)
169 {
170     int i;
171
172     if(!dec->flag){
173         for(i = 0; i < 8; i++){
174             dec->filters[i + 0] = dec->prevfilt[i];
175             dec->filters[i + 8] = dec->prevfilt[i];
176         }
177     }else{
178         for(i = 0; i < 8; i++){
179             dec->filters[i + 0]=(dec->cvector[i] * 21846 + dec->prevfilt[i] * 10923 + 16384) >> 15;
180             dec->filters[i + 8]=(dec->cvector[i] * 10923 + dec->prevfilt[i] * 21846 + 16384) >> 15;
181         }
182     }
183     for(i = 0; i < 8; i++){
184         dec->filters[i + 16] = dec->cvector[i];
185         dec->filters[i + 24] = dec->cvector[i];
186     }
187 }
188
189 static void truespeech_apply_twopoint_filter(TSContext *dec, int quart)
190 {
191     int16_t tmp[146 + 60], *ptr0, *ptr1, *filter;
192     int i, t, off;
193
194     t = dec->offset2[quart];
195     if(t == 127){
196         memset(dec->newvec, 0, 60 * 2);
197         return;
198     }
199     for(i = 0; i < 146; i++)
200         tmp[i] = dec->filtbuf[i];
201     off = (t / 25) + dec->offset1[quart >> 1] + 18;
202     ptr0 = tmp + 145 - off;
203     ptr1 = tmp + 146;
204     filter = ts_240 + (t % 25) * 2;
205     for(i = 0; i < 60; i++){
206         t = (ptr0[0] * filter[0] + ptr0[1] * filter[1] + 0x2000) >> 14;
207         ptr0++;
208         dec->newvec[i] = t;
209         ptr1[i] = t;
210     }
211 }
212
213 static void truespeech_place_pulses(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
214 {
215     int16_t tmp[7];
216     int i, j, t;
217     int16_t *ptr1, *ptr2;
218     int coef;
219
220     memset(out, 0, 60 * 2);
221     for(i = 0; i < 7; i++) {
222         t = dec->pulseval[quart] & 3;
223         dec->pulseval[quart] >>= 2;
224         tmp[6 - i] = ts_562[dec->pulseoff[quart] * 4 + t];
225     }
226
227     coef = dec->pulsepos[quart] >> 15;
228     ptr1 = ts_140 + 30;
229     ptr2 = tmp;
230     for(i = 0, j = 3; (i < 30) && (j > 0); i++){
231         t = *ptr1++;
232         if(coef >= t)
233             coef -= t;
234         else{
235             out[i] = *ptr2++;
236             ptr1 += 30;
237             j--;
238         }
239     }
240     coef = dec->pulsepos[quart] & 0x7FFF;
241     ptr1 = ts_140;
242     for(i = 30, j = 4; (i < 60) && (j > 0); i++){
243         t = *ptr1++;
244         if(coef >= t)
245             coef -= t;
246         else{
247             out[i] = *ptr2++;
248             ptr1 += 30;
249             j--;
250         }
251     }
252
253 }
254
255 static void truespeech_update_filters(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
256 {
257     int i;
258
259     for(i = 0; i < 86; i++)
260         dec->filtbuf[i] = dec->filtbuf[i + 60];
261     for(i = 0; i < 60; i++){
262         dec->filtbuf[i + 86] = out[i] + dec->newvec[i] - (dec->newvec[i] >> 3);
263         out[i] += dec->newvec[i];
264     }
265 }
266
267 static void truespeech_synth(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
268 {
269     int i,k;
270     int t[8];
271     int16_t *ptr0, *ptr1;
272
273     ptr0 = dec->tmp1;
274     ptr1 = dec->filters + quart * 8;
275     for(i = 0; i < 60; i++){
276         int sum = 0;
277         for(k = 0; k < 8; k++)
278             sum += ptr0[k] * ptr1[k];
279         sum = (sum + (out[i] << 12) + 0x800) >> 12;
280         out[i] = clip(sum, -0x7FFE, 0x7FFE);
281         for(k = 7; k > 0; k--)
282             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
283         ptr0[0] = out[i];
284     }
285
286     for(i = 0; i < 8; i++)
287         t[i] = (ts_5E2[i] * ptr1[i]) >> 15;
288
289     ptr0 = dec->tmp2;
290     for(i = 0; i < 60; i++){
291         int sum = 0;
292         for(k = 0; k < 8; k++)
293             sum += ptr0[k] * t[k];
294         for(k = 7; k > 0; k--)
295             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
296         ptr0[0] = out[i];
297         out[i] = ((out[i] << 12) - sum) >> 12;
298     }
299
300     for(i = 0; i < 8; i++)
301         t[i] = (ts_5F2[i] * ptr1[i]) >> 15;
302
303     ptr0 = dec->tmp3;
304     for(i = 0; i < 60; i++){
305         int sum = out[i] << 12;
306         for(k = 0; k < 8; k++)
307             sum += ptr0[k] * t[k];
308         for(k = 7; k > 0; k--)
309             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
310         ptr0[0] = clip((sum + 0x800) >> 12, -0x7FFE, 0x7FFE);
311
312         sum = ((ptr0[1] * (dec->filtval - (dec->filtval >> 2))) >> 4) + sum;
313         sum = sum - (sum >> 3);
314         out[i] = clip((sum + 0x800) >> 12, -0x7FFE, 0x7FFE);
315     }
316 }
317
318 static void truespeech_save_prevvec(TSContext *c)
319 {
320     int i;
321
322     for(i = 0; i < 8; i++)
323         c->prevfilt[i] = c->cvector[i];
324 }
325
326 static int truespeech_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
327                 void *data, int *data_size,
328                 uint8_t *buf, int buf_size)
329 {
330     TSContext *c = avctx->priv_data;
331
332     int i;
333     short *samples = data;
334     int consumed = 0;
335     int16_t out_buf[240];
336
337     if (!buf_size)
338         return 0;
339
340     while (consumed < buf_size) {
341         truespeech_read_frame(c, buf + consumed);
342         consumed += 32;
343
344         truespeech_correlate_filter(c);
345         truespeech_filters_merge(c);
346
347         memset(out_buf, 0, 240 * 2);
348         for(i = 0; i < 4; i++) {
349             truespeech_apply_twopoint_filter(c, i);
350             truespeech_place_pulses(c, out_buf + i * 60, i);
351             truespeech_update_filters(c, out_buf + i * 60, i);
352             truespeech_synth(c, out_buf + i * 60, i);
353         }
354
355         truespeech_save_prevvec(c);
356
357         /* finally output decoded frame */
358         for(i = 0; i < 240; i++)
359             *samples++ = out_buf[i];
360
361     }
362
363     *data_size = consumed * 15;
364
365     return buf_size;
366 }
367
368 AVCodec truespeech_decoder = {
369     "truespeech",
370     CODEC_TYPE_AUDIO,
371     CODEC_ID_TRUESPEECH,
372     sizeof(TSContext),
373     truespeech_decode_init,
374     NULL,
375     NULL,
376     truespeech_decode_frame,
377 };