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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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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     DECLARE_ALIGNED(16, 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     ff_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     off = av_clip(off, 0, 145);
183     ptr0 = tmp + 145 - off;
184     ptr1 = tmp + 146;
185     filter = (const int16_t*)ts_order2_coeffs + (t % 25) * 2;
186     for(i = 0; i < 60; i++){
187         t = (ptr0[0] * filter[0] + ptr0[1] * filter[1] + 0x2000) >> 14;
188         ptr0++;
189         dec->newvec[i] = t;
190         ptr1[i] = t;
191     }
192 }
193
194 static void truespeech_place_pulses(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
195 {
196     int16_t tmp[7];
197     int i, j, t;
198     const int16_t *ptr1;
199     int16_t *ptr2;
200     int coef;
201
202     memset(out, 0, 60 * sizeof(*out));
203     for(i = 0; i < 7; i++) {
204         t = dec->pulseval[quart] & 3;
205         dec->pulseval[quart] >>= 2;
206         tmp[6 - i] = ts_pulse_scales[dec->pulseoff[quart] * 4 + t];
207     }
208
209     coef = dec->pulsepos[quart] >> 15;
210     ptr1 = (const int16_t*)ts_pulse_values + 30;
211     ptr2 = tmp;
212     for(i = 0, j = 3; (i < 30) && (j > 0); i++){
213         t = *ptr1++;
214         if(coef >= t)
215             coef -= t;
216         else{
217             out[i] = *ptr2++;
218             ptr1 += 30;
219             j--;
220         }
221     }
222     coef = dec->pulsepos[quart] & 0x7FFF;
223     ptr1 = (const int16_t*)ts_pulse_values;
224     for(i = 30, j = 4; (i < 60) && (j > 0); i++){
225         t = *ptr1++;
226         if(coef >= t)
227             coef -= t;
228         else{
229             out[i] = *ptr2++;
230             ptr1 += 30;
231             j--;
232         }
233     }
234
235 }
236
237 static void truespeech_update_filters(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
238 {
239     int i;
240
241     memmove(dec->filtbuf, &dec->filtbuf[60], 86 * sizeof(*dec->filtbuf));
242     for(i = 0; i < 60; i++){
243         dec->filtbuf[i + 86] = out[i] + dec->newvec[i] - (dec->newvec[i] >> 3);
244         out[i] += dec->newvec[i];
245     }
246 }
247
248 static void truespeech_synth(TSContext *dec, int16_t *out, int quart)
249 {
250     int i,k;
251     int t[8];
252     int16_t *ptr0, *ptr1;
253
254     ptr0 = dec->tmp1;
255     ptr1 = dec->filters + quart * 8;
256     for(i = 0; i < 60; i++){
257         int sum = 0;
258         for(k = 0; k < 8; k++)
259             sum += ptr0[k] * ptr1[k];
260         sum = (sum + (out[i] << 12) + 0x800) >> 12;
261         out[i] = av_clip(sum, -0x7FFE, 0x7FFE);
262         for(k = 7; k > 0; k--)
263             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
264         ptr0[0] = out[i];
265     }
266
267     for(i = 0; i < 8; i++)
268         t[i] = (ts_decay_35_64[i] * ptr1[i]) >> 15;
269
270     ptr0 = dec->tmp2;
271     for(i = 0; i < 60; i++){
272         int sum = 0;
273         for(k = 0; k < 8; k++)
274             sum += ptr0[k] * t[k];
275         for(k = 7; k > 0; k--)
276             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
277         ptr0[0] = out[i];
278         out[i] = ((out[i] << 12) - sum) >> 12;
279     }
280
281     for(i = 0; i < 8; i++)
282         t[i] = (ts_decay_3_4[i] * ptr1[i]) >> 15;
283
284     ptr0 = dec->tmp3;
285     for(i = 0; i < 60; i++){
286         int sum = out[i] << 12;
287         for(k = 0; k < 8; k++)
288             sum += ptr0[k] * t[k];
289         for(k = 7; k > 0; k--)
290             ptr0[k] = ptr0[k - 1];
291         ptr0[0] = av_clip((sum + 0x800) >> 12, -0x7FFE, 0x7FFE);
292
293         sum = ((ptr0[1] * (dec->filtval - (dec->filtval >> 2))) >> 4) + sum;
294         sum = sum - (sum >> 3);
295         out[i] = av_clip((sum + 0x800) >> 12, -0x7FFE, 0x7FFE);
296     }
297 }
298
299 static void truespeech_save_prevvec(TSContext *c)
300 {
301     int i;
302
303     for(i = 0; i < 8; i++)
304         c->prevfilt[i] = c->cvector[i];
305 }
306
307 static int truespeech_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
308                                    int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
309 {
310     const uint8_t *buf = avpkt->data;
311     int buf_size = avpkt->size;
312     TSContext *c = avctx->priv_data;
313
314     int i, j;
315     int16_t *samples;
316     int iterations, ret;
317
318     iterations = buf_size / 32;
319
320     if (!iterations) {
321         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
322                "Too small input buffer (%d bytes), need at least 32 bytes\n", buf_size);
323         return -1;
324     }
325
326     /* get output buffer */
327     c->frame.nb_samples = iterations * 240;
328     if ((ret = avctx->get_buffer(avctx, &c->frame)) < 0) {
329         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
330         return ret;
331     }
332     samples = (int16_t *)c->frame.data[0];
333
334     memset(samples, 0, iterations * 240 * sizeof(*samples));
335
336     for(j = 0; j < iterations; j++) {
337         truespeech_read_frame(c, buf);
338         buf += 32;
339
340         truespeech_correlate_filter(c);
341         truespeech_filters_merge(c);
342
343         for(i = 0; i < 4; i++) {
344             truespeech_apply_twopoint_filter(c, i);
345             truespeech_place_pulses  (c, samples, i);
346             truespeech_update_filters(c, samples, i);
347             truespeech_synth         (c, samples, i);
348             samples += 60;
349         }
350
351         truespeech_save_prevvec(c);
352     }
353
354     *got_frame_ptr   = 1;
355     *(AVFrame *)data = c->frame;
356
357     return buf_size;
358 }
359
360 AVCodec ff_truespeech_decoder = {
361     .name           = "truespeech",
362     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
363     .id             = AV_CODEC_ID_TRUESPEECH,
364     .priv_data_size = sizeof(TSContext),
365     .init           = truespeech_decode_init,
366     .decode         = truespeech_decode_frame,
367     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
368     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DSP Group TrueSpeech"),
369 };