3367788633f180d56d43b8fad9c88e199cece3f0
[ffmpeg.git] / libavcodec / tta.c
1 /*
2  * TTA (The Lossless True Audio) decoder
3  * Copyright (c) 2006 Alex Beregszaszi
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * TTA (The Lossless True Audio) decoder
25  * (www.true-audio.com or tta.corecodec.org)
26  * @author Alex Beregszaszi
27  *
28  */
29
30 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
31 //#define DEBUG
32 #include <limits.h>
33 #include "avcodec.h"
34 #include "get_bits.h"
35
36 #define FORMAT_INT 1
37 #define FORMAT_FLOAT 3
38
39 #define MAX_ORDER 16
40 typedef struct TTAFilter {
41     int32_t shift, round, error, mode;
42     int32_t qm[MAX_ORDER];
43     int32_t dx[MAX_ORDER];
44     int32_t dl[MAX_ORDER];
45 } TTAFilter;
46
47 typedef struct TTARice {
48     uint32_t k0, k1, sum0, sum1;
49 } TTARice;
50
51 typedef struct TTAChannel {
52     int32_t predictor;
53     TTAFilter filter;
54     TTARice rice;
55 } TTAChannel;
56
57 typedef struct TTAContext {
58     AVCodecContext *avctx;
59     GetBitContext gb;
60
61     int flags, channels, bps, is_float, data_length;
62     int frame_length, last_frame_length, total_frames;
63
64     int32_t *decode_buffer;
65
66     TTAChannel *ch_ctx;
67 } TTAContext;
68
69 #if 0
70 static inline int shift_1(int i)
71 {
72     if (i < 32)
73         return 1 << i;
74     else
75         return 0x80000000; // 16 << 31
76 }
77
78 static inline int shift_16(int i)
79 {
80     if (i < 28)
81         return 16 << i;
82     else
83         return 0x80000000; // 16 << 27
84 }
85 #else
86 static const uint32_t shift_1[] = {
87     0x00000001, 0x00000002, 0x00000004, 0x00000008,
88     0x00000010, 0x00000020, 0x00000040, 0x00000080,
89     0x00000100, 0x00000200, 0x00000400, 0x00000800,
90     0x00001000, 0x00002000, 0x00004000, 0x00008000,
91     0x00010000, 0x00020000, 0x00040000, 0x00080000,
92     0x00100000, 0x00200000, 0x00400000, 0x00800000,
93     0x01000000, 0x02000000, 0x04000000, 0x08000000,
94     0x10000000, 0x20000000, 0x40000000, 0x80000000,
95     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000,
96     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000
97 };
98
99 static const uint32_t * const shift_16 = shift_1 + 4;
100 #endif
101
102 static const int32_t ttafilter_configs[4][2] = {
103     {10, 1},
104     {9, 1},
105     {10, 1},
106     {12, 0}
107 };
108
109 static void ttafilter_init(TTAFilter *c, int32_t shift, int32_t mode) {
110     memset(c, 0, sizeof(TTAFilter));
111     c->shift = shift;
112    c->round = shift_1[shift-1];
113 //    c->round = 1 << (shift - 1);
114     c->mode = mode;
115 }
116
117 // FIXME: copy paste from original
118 static inline void memshl(register int32_t *a, register int32_t *b) {
119     *a++ = *b++;
120     *a++ = *b++;
121     *a++ = *b++;
122     *a++ = *b++;
123     *a++ = *b++;
124     *a++ = *b++;
125     *a++ = *b++;
126     *a = *b;
127 }
128
129 // FIXME: copy paste from original
130 // mode=1 encoder, mode=0 decoder
131 static inline void ttafilter_process(TTAFilter *c, int32_t *in, int32_t mode) {
132     register int32_t *dl = c->dl, *qm = c->qm, *dx = c->dx, sum = c->round;
133
134     if (!c->error) {
135         sum += *dl++ * *qm, qm++;
136         sum += *dl++ * *qm, qm++;
137         sum += *dl++ * *qm, qm++;
138         sum += *dl++ * *qm, qm++;
139         sum += *dl++ * *qm, qm++;
140         sum += *dl++ * *qm, qm++;
141         sum += *dl++ * *qm, qm++;
142         sum += *dl++ * *qm, qm++;
143         dx += 8;
144     } else if(c->error < 0) {
145         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
146         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
147         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
148         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
149         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
150         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
151         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
152         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
153     } else {
154         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
155         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
156         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
157         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
158         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
159         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
160         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
161         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
162     }
163
164     *(dx-0) = ((*(dl-1) >> 30) | 1) << 2;
165     *(dx-1) = ((*(dl-2) >> 30) | 1) << 1;
166     *(dx-2) = ((*(dl-3) >> 30) | 1) << 1;
167     *(dx-3) = ((*(dl-4) >> 30) | 1);
168
169     // compress
170     if (mode) {
171         *dl = *in;
172         *in -= (sum >> c->shift);
173         c->error = *in;
174     } else {
175         c->error = *in;
176         *in += (sum >> c->shift);
177         *dl = *in;
178     }
179
180     if (c->mode) {
181         *(dl-1) = *dl - *(dl-1);
182         *(dl-2) = *(dl-1) - *(dl-2);
183         *(dl-3) = *(dl-2) - *(dl-3);
184     }
185
186     memshl(c->dl, c->dl + 1);
187     memshl(c->dx, c->dx + 1);
188 }
189
190 static void rice_init(TTARice *c, uint32_t k0, uint32_t k1)
191 {
192     c->k0 = k0;
193     c->k1 = k1;
194     c->sum0 = shift_16[k0];
195     c->sum1 = shift_16[k1];
196 }
197
198 static int tta_get_unary(GetBitContext *gb)
199 {
200     int ret = 0;
201
202     // count ones
203     while(get_bits1(gb))
204         ret++;
205     return ret;
206 }
207
208 static const int64_t tta_channel_layouts[7] = {
209     AV_CH_LAYOUT_STEREO,
210     AV_CH_LAYOUT_STEREO|AV_CH_LOW_FREQUENCY,
211     AV_CH_LAYOUT_QUAD,
212     0,
213     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
214     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK|AV_CH_BACK_CENTER,
215     AV_CH_LAYOUT_7POINT1_WIDE
216 };
217
218 static av_cold int tta_decode_init(AVCodecContext * avctx)
219 {
220     TTAContext *s = avctx->priv_data;
221     int i;
222
223     s->avctx = avctx;
224
225     // 30bytes includes a seektable with one frame
226     if (avctx->extradata_size < 30)
227         return -1;
228
229     init_get_bits(&s->gb, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
230     if (show_bits_long(&s->gb, 32) == AV_RL32("TTA1"))
231     {
232         /* signature */
233         skip_bits(&s->gb, 32);
234 //        if (get_bits_long(&s->gb, 32) != av_bswap32(AV_RL32("TTA1"))) {
235 //            av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Missing magic\n");
236 //            return -1;
237 //        }
238
239         s->flags = get_bits(&s->gb, 16);
240         if (s->flags != 1 && s->flags != 3)
241         {
242             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid flags\n");
243             return -1;
244         }
245         s->is_float = (s->flags == FORMAT_FLOAT);
246         avctx->channels = s->channels = get_bits(&s->gb, 16);
247         if (s->channels > 1 && s->channels < 9)
248             avctx->channel_layout = tta_channel_layouts[s->channels-2];
249         avctx->bits_per_coded_sample = get_bits(&s->gb, 16);
250         s->bps = (avctx->bits_per_coded_sample + 7) / 8;
251         avctx->sample_rate = get_bits_long(&s->gb, 32);
252         if(avctx->sample_rate > 1000000){ //prevent FRAME_TIME * avctx->sample_rate from overflowing and sanity check
253             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample_rate too large\n");
254             return -1;
255         }
256         s->data_length = get_bits_long(&s->gb, 32);
257         skip_bits(&s->gb, 32); // CRC32 of header
258
259         if (s->is_float)
260         {
261             avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
262             av_log_ask_for_sample(s->avctx, "Unsupported sample format.\n");
263             return -1;
264         }
265         else switch(s->bps) {
266 //            case 1: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_U8; break;
267             case 2: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16; break;
268 //            case 3: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S24; break;
269             case 4: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S32; break;
270             default:
271                 av_log_ask_for_sample(s->avctx,
272                                       "Invalid/unsupported sample format.\n");
273                 return -1;
274         }
275
276         // FIXME: horribly broken, but directly from reference source
277 #define FRAME_TIME 1.04489795918367346939
278         s->frame_length = (int)(FRAME_TIME * avctx->sample_rate);
279
280         s->last_frame_length = s->data_length % s->frame_length;
281         s->total_frames = s->data_length / s->frame_length +
282                         (s->last_frame_length ? 1 : 0);
283
284         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "flags: %x chans: %d bps: %d rate: %d block: %d\n",
285             s->flags, avctx->channels, avctx->bits_per_coded_sample, avctx->sample_rate,
286             avctx->block_align);
287         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "data_length: %d frame_length: %d last: %d total: %d\n",
288             s->data_length, s->frame_length, s->last_frame_length, s->total_frames);
289
290         // FIXME: seek table
291         for (i = 0; i < s->total_frames; i++)
292             skip_bits(&s->gb, 32);
293         skip_bits(&s->gb, 32); // CRC32 of seektable
294
295         if(s->frame_length >= UINT_MAX / (s->channels * sizeof(int32_t))){
296             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "frame_length too large\n");
297             return -1;
298         }
299
300         s->decode_buffer = av_mallocz(sizeof(int32_t)*s->frame_length*s->channels);
301         if (!s->decode_buffer)
302             return AVERROR(ENOMEM);
303         s->ch_ctx = av_malloc(avctx->channels * sizeof(*s->ch_ctx));
304         if (!s->ch_ctx)
305             return AVERROR(ENOMEM);
306     } else {
307         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Wrong extradata present\n");
308         return -1;
309     }
310
311     return 0;
312 }
313
314 static int tta_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
315         void *data, int *data_size,
316         AVPacket *avpkt)
317 {
318     const uint8_t *buf = avpkt->data;
319     int buf_size = avpkt->size;
320     TTAContext *s = avctx->priv_data;
321     int i;
322
323     init_get_bits(&s->gb, buf, buf_size*8);
324     {
325         int cur_chan = 0, framelen = s->frame_length;
326         int32_t *p;
327
328         if (*data_size < (framelen * s->channels * 2)) {
329             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Output buffer size is too small.\n");
330             return -1;
331         }
332         // FIXME: seeking
333         s->total_frames--;
334         if (!s->total_frames && s->last_frame_length)
335             framelen = s->last_frame_length;
336
337         // init per channel states
338         for (i = 0; i < s->channels; i++) {
339             s->ch_ctx[i].predictor = 0;
340             ttafilter_init(&s->ch_ctx[i].filter, ttafilter_configs[s->bps-1][0], ttafilter_configs[s->bps-1][1]);
341             rice_init(&s->ch_ctx[i].rice, 10, 10);
342         }
343
344         for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++) {
345             int32_t *predictor = &s->ch_ctx[cur_chan].predictor;
346             TTAFilter *filter = &s->ch_ctx[cur_chan].filter;
347             TTARice *rice = &s->ch_ctx[cur_chan].rice;
348             uint32_t unary, depth, k;
349             int32_t value;
350
351             unary = tta_get_unary(&s->gb);
352
353             if (unary == 0) {
354                 depth = 0;
355                 k = rice->k0;
356             } else {
357                 depth = 1;
358                 k = rice->k1;
359                 unary--;
360             }
361
362             if (get_bits_left(&s->gb) < k)
363                 return -1;
364
365             if (k) {
366                 if (k > MIN_CACHE_BITS)
367                     return -1;
368                 value = (unary << k) + get_bits(&s->gb, k);
369             } else
370                 value = unary;
371
372             // FIXME: copy paste from original
373             switch (depth) {
374             case 1:
375                 rice->sum1 += value - (rice->sum1 >> 4);
376                 if (rice->k1 > 0 && rice->sum1 < shift_16[rice->k1])
377                     rice->k1--;
378                 else if(rice->sum1 > shift_16[rice->k1 + 1])
379                     rice->k1++;
380                 value += shift_1[rice->k0];
381             default:
382                 rice->sum0 += value - (rice->sum0 >> 4);
383                 if (rice->k0 > 0 && rice->sum0 < shift_16[rice->k0])
384                     rice->k0--;
385                 else if(rice->sum0 > shift_16[rice->k0 + 1])
386                     rice->k0++;
387             }
388
389             // extract coded value
390 #define UNFOLD(x) (((x)&1) ? (++(x)>>1) : (-(x)>>1))
391             *p = UNFOLD(value);
392
393             // run hybrid filter
394             ttafilter_process(filter, p, 0);
395
396             // fixed order prediction
397 #define PRED(x, k) (int32_t)((((uint64_t)x << k) - x) >> k)
398             switch (s->bps) {
399                 case 1: *p += PRED(*predictor, 4); break;
400                 case 2:
401                 case 3: *p += PRED(*predictor, 5); break;
402                 case 4: *p += *predictor; break;
403             }
404             *predictor = *p;
405
406 #if 0
407             // extract 32bit float from last two int samples
408             if (s->is_float && ((p - data) & 1)) {
409                 uint32_t neg = *p & 0x80000000;
410                 uint32_t hi = *(p - 1);
411                 uint32_t lo = abs(*p) - 1;
412
413                 hi += (hi || lo) ? 0x3f80 : 0;
414                 // SWAP16: swap all the 16 bits
415                 *(p - 1) = (hi << 16) | SWAP16(lo) | neg;
416             }
417 #endif
418
419             /*if ((get_bits_count(&s->gb)+7)/8 > buf_size)
420             {
421                 av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "overread!!\n");
422                 break;
423             }*/
424
425             // flip channels
426             if (cur_chan < (s->channels-1))
427                 cur_chan++;
428             else {
429                 // decorrelate in case of stereo integer
430                 if (!s->is_float && (s->channels > 1)) {
431                     int32_t *r = p - 1;
432                     for (*p += *r / 2; r > p - s->channels; r--)
433                         *r = *(r + 1) - *r;
434                 }
435                 cur_chan = 0;
436             }
437         }
438
439         if (get_bits_left(&s->gb) < 32)
440             return -1;
441         skip_bits(&s->gb, 32); // frame crc
442
443         // convert to output buffer
444         switch(s->bps) {
445             case 2: {
446                 uint16_t *samples = data;
447                 for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++) {
448 //                    *samples++ = (unsigned char)*p;
449 //                    *samples++ = (unsigned char)(*p >> 8);
450                     *samples++ = *p;
451                 }
452                 *data_size = (uint8_t *)samples - (uint8_t *)data;
453                 break;
454             }
455             default:
456                 av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error, only 16bit samples supported!\n");
457         }
458     }
459
460 //    return get_bits_count(&s->gb)+7)/8;
461     return buf_size;
462 }
463
464 static av_cold int tta_decode_close(AVCodecContext *avctx) {
465     TTAContext *s = avctx->priv_data;
466
467     av_free(s->decode_buffer);
468     av_freep(&s->ch_ctx);
469
470     return 0;
471 }
472
473 AVCodec ff_tta_decoder = {
474     "tta",
475     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
476     CODEC_ID_TTA,
477     sizeof(TTAContext),
478     tta_decode_init,
479     NULL,
480     tta_decode_close,
481     tta_decode_frame,
482     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("True Audio (TTA)"),
483 };