optionally (use_lpc=2) support Cholesky factorization for finding the lpc coeficients
[ffmpeg.git] / libavcodec / tta.c
1 /*
2  * TTA (The Lossless True Audio) decoder
3  * Copyright (c) 2006 Alex Beregszaszi
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., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
18  */
19
20 /**
21  * @file tta.c
22  * TTA (The Lossless True Audio) decoder
23  * (www.true-audio.com or tta.corecodec.org)
24  * @author Alex Beregszaszi
25  *
26  */
27
28 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
29 //#define DEBUG
30 #include <limits.h>
31 #include "avcodec.h"
32 #include "bitstream.h"
33
34 #define FORMAT_INT 1
35 #define FORMAT_FLOAT 3
36
37 typedef struct TTAContext {
38     AVCodecContext *avctx;
39     GetBitContext gb;
40
41     int flags, channels, bps, is_float, data_length;
42     int frame_length, last_frame_length, total_frames;
43
44     int32_t *decode_buffer;
45 } TTAContext;
46
47 #if 0
48 static inline int shift_1(int i)
49 {
50     if (i < 32)
51         return 1 << i;
52     else
53         return 0x80000000; // 16 << 31
54 }
55
56 static inline int shift_16(int i)
57 {
58     if (i < 28)
59         return 16 << i;
60     else
61         return 0x80000000; // 16 << 27
62 }
63 #else
64 static const uint32_t shift_1[] = {
65     0x00000001, 0x00000002, 0x00000004, 0x00000008,
66     0x00000010, 0x00000020, 0x00000040, 0x00000080,
67     0x00000100, 0x00000200, 0x00000400, 0x00000800,
68     0x00001000, 0x00002000, 0x00004000, 0x00008000,
69     0x00010000, 0x00020000, 0x00040000, 0x00080000,
70     0x00100000, 0x00200000, 0x00400000, 0x00800000,
71     0x01000000, 0x02000000, 0x04000000, 0x08000000,
72     0x10000000, 0x20000000, 0x40000000, 0x80000000,
73     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000,
74     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000
75 };
76
77 static const uint32_t *shift_16 = shift_1 + 4;
78 #endif
79
80 #define MAX_ORDER 16
81 typedef struct TTAFilter {
82     int32_t shift, round, error, mode;
83     int32_t qm[MAX_ORDER];
84     int32_t dx[MAX_ORDER];
85     int32_t dl[MAX_ORDER];
86 } TTAFilter;
87
88 static int32_t ttafilter_configs[4][2] = {
89     {10, 1},
90     {9, 1},
91     {10, 1},
92     {12, 0}
93 };
94
95 static void ttafilter_init(TTAFilter *c, int32_t shift, int32_t mode) {
96     memset(c, 0, sizeof(TTAFilter));
97     c->shift = shift;
98    c->round = shift_1[shift-1];
99 //    c->round = 1 << (shift - 1);
100     c->mode = mode;
101 }
102
103 // FIXME: copy paste from original
104 static inline void memshl(register int32_t *a, register int32_t *b) {
105     *a++ = *b++;
106     *a++ = *b++;
107     *a++ = *b++;
108     *a++ = *b++;
109     *a++ = *b++;
110     *a++ = *b++;
111     *a++ = *b++;
112     *a = *b;
113 }
114
115 // FIXME: copy paste from original
116 // mode=1 encoder, mode=0 decoder
117 static inline void ttafilter_process(TTAFilter *c, int32_t *in, int32_t mode) {
118     register int32_t *dl = c->dl, *qm = c->qm, *dx = c->dx, sum = c->round;
119
120     if (!c->error) {
121         sum += *dl++ * *qm, qm++;
122         sum += *dl++ * *qm, qm++;
123         sum += *dl++ * *qm, qm++;
124         sum += *dl++ * *qm, qm++;
125         sum += *dl++ * *qm, qm++;
126         sum += *dl++ * *qm, qm++;
127         sum += *dl++ * *qm, qm++;
128         sum += *dl++ * *qm, qm++;
129         dx += 8;
130     } else if(c->error < 0) {
131         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
132         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
133         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
134         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
135         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
136         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
137         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
138         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
139     } else {
140         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
141         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
142         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
143         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
144         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
145         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
146         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
147         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
148     }
149
150     *(dx-0) = ((*(dl-1) >> 30) | 1) << 2;
151     *(dx-1) = ((*(dl-2) >> 30) | 1) << 1;
152     *(dx-2) = ((*(dl-3) >> 30) | 1) << 1;
153     *(dx-3) = ((*(dl-4) >> 30) | 1);
154
155     // compress
156     if (mode) {
157         *dl = *in;
158         *in -= (sum >> c->shift);
159         c->error = *in;
160     } else {
161         c->error = *in;
162         *in += (sum >> c->shift);
163         *dl = *in;
164     }
165
166     if (c->mode) {
167         *(dl-1) = *dl - *(dl-1);
168         *(dl-2) = *(dl-1) - *(dl-2);
169         *(dl-3) = *(dl-2) - *(dl-3);
170     }
171
172     memshl(c->dl, c->dl + 1);
173     memshl(c->dx, c->dx + 1);
174 }
175
176 typedef struct TTARice {
177     uint32_t k0, k1, sum0, sum1;
178 } TTARice;
179
180 static void rice_init(TTARice *c, uint32_t k0, uint32_t k1)
181 {
182     c->k0 = k0;
183     c->k1 = k1;
184     c->sum0 = shift_16[k0];
185     c->sum1 = shift_16[k1];
186 }
187
188 static int tta_get_unary(GetBitContext *gb)
189 {
190     int ret = 0;
191
192     // count ones
193     while(get_bits1(gb))
194         ret++;
195     return ret;
196 }
197
198 // shamelessly copied from shorten.c
199 static int inline get_le16(GetBitContext *gb)
200 {
201     return bswap_16(get_bits_long(gb, 16));
202 }
203
204 static int inline get_le32(GetBitContext *gb)
205 {
206     return bswap_32(get_bits_long(gb, 32));
207 }
208
209 static int tta_decode_init(AVCodecContext * avctx)
210 {
211     TTAContext *s = avctx->priv_data;
212     int i;
213
214     s->avctx = avctx;
215
216     // 30bytes includes a seektable with one frame
217     if (avctx->extradata_size < 30)
218         return -1;
219
220     init_get_bits(&s->gb, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
221     if (show_bits_long(&s->gb, 32) == bswap_32(ff_get_fourcc("TTA1")))
222     {
223         /* signature */
224         skip_bits(&s->gb, 32);
225 //        if (get_bits_long(&s->gb, 32) != bswap_32(ff_get_fourcc("TTA1"))) {
226 //            av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Missing magic\n");
227 //            return -1;
228 //        }
229
230         s->flags = get_le16(&s->gb);
231         if (s->flags != 1 && s->flags != 3)
232         {
233             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid flags\n");
234             return -1;
235         }
236         s->is_float = (s->flags == FORMAT_FLOAT);
237         avctx->channels = s->channels = get_le16(&s->gb);
238         avctx->bits_per_sample = get_le16(&s->gb);
239         s->bps = (avctx->bits_per_sample + 7) / 8;
240         avctx->sample_rate = get_le32(&s->gb);
241         if(avctx->sample_rate > 1000000){ //prevent FRAME_TIME * avctx->sample_rate from overflowing and sanity check
242             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample_rate too large\n");
243             return -1;
244         }
245         s->data_length = get_le32(&s->gb);
246         skip_bits(&s->gb, 32); // CRC32 of header
247
248         if (s->is_float)
249         {
250             avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_FLT;
251             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported sample format. Please contact the developers.\n");
252             return -1;
253         }
254         else switch(s->bps) {
255 //            case 1: avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_U8; break;
256             case 2: avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_S16; break;
257 //            case 3: avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_S24; break;
258             case 4: avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_S32; break;
259             default:
260                 av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid/unsupported sample format. Please contact the developers.\n");
261                 return -1;
262         }
263
264         // FIXME: horribly broken, but directly from reference source
265 #define FRAME_TIME 1.04489795918367346939
266         s->frame_length = (int)(FRAME_TIME * avctx->sample_rate);
267
268         s->last_frame_length = s->data_length % s->frame_length;
269         s->total_frames = s->data_length / s->frame_length +
270                         (s->last_frame_length ? 1 : 0);
271
272         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "flags: %x chans: %d bps: %d rate: %d block: %d\n",
273             s->flags, avctx->channels, avctx->bits_per_sample, avctx->sample_rate,
274             avctx->block_align);
275         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "data_length: %d frame_length: %d last: %d total: %d\n",
276             s->data_length, s->frame_length, s->last_frame_length, s->total_frames);
277
278         // FIXME: seek table
279         for (i = 0; i < s->total_frames; i++)
280             skip_bits(&s->gb, 32);
281         skip_bits(&s->gb, 32); // CRC32 of seektable
282
283         if(s->frame_length >= UINT_MAX / (s->channels * sizeof(int32_t))){
284             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "frame_length too large\n");
285             return -1;
286         }
287
288         s->decode_buffer = av_mallocz(sizeof(int32_t)*s->frame_length*s->channels);
289     } else {
290         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Wrong extradata present\n");
291         return -1;
292     }
293
294     return 0;
295 }
296
297 static int tta_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
298         void *data, int *data_size,
299         uint8_t *buf, int buf_size)
300 {
301     TTAContext *s = avctx->priv_data;
302     int i;
303
304     init_get_bits(&s->gb, buf, buf_size*8);
305     {
306         int32_t predictors[s->channels];
307         TTAFilter filters[s->channels];
308         TTARice rices[s->channels];
309         int cur_chan = 0, framelen = s->frame_length;
310         int32_t *p;
311
312         // FIXME: seeking
313         s->total_frames--;
314         if (!s->total_frames && s->last_frame_length)
315             framelen = s->last_frame_length;
316
317         // init per channel states
318         for (i = 0; i < s->channels; i++) {
319             predictors[i] = 0;
320             ttafilter_init(&(filters[i]), ttafilter_configs[s->bps-1][0], ttafilter_configs[s->bps-1][1]);
321             rice_init(&(rices[i]), 10, 10);
322         }
323
324         for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++) {
325             int32_t *predictor = &(predictors[cur_chan]);
326             TTAFilter *filter = &(filters[cur_chan]);
327             TTARice *rice = &(rices[cur_chan]);
328             uint32_t unary, depth, k;
329             int32_t value;
330
331             unary = tta_get_unary(&s->gb);
332
333             if (unary == 0) {
334                 depth = 0;
335                 k = rice->k0;
336             } else {
337                 depth = 1;
338                 k = rice->k1;
339                 unary--;
340             }
341
342             if (k)
343                 value = (unary << k) + get_bits(&s->gb, k);
344             else
345                 value = unary;
346
347             // FIXME: copy paste from original
348             switch (depth) {
349             case 1:
350                 rice->sum1 += value - (rice->sum1 >> 4);
351                 if (rice->k1 > 0 && rice->sum1 < shift_16[rice->k1])
352                     rice->k1--;
353                 else if(rice->sum1 > shift_16[rice->k1 + 1])
354                     rice->k1++;
355                 value += shift_1[rice->k0];
356             default:
357                 rice->sum0 += value - (rice->sum0 >> 4);
358                 if (rice->k0 > 0 && rice->sum0 < shift_16[rice->k0])
359                     rice->k0--;
360                 else if(rice->sum0 > shift_16[rice->k0 + 1])
361                     rice->k0++;
362             }
363
364             // extract sign
365 #define SIGN(x) (((x)&1) ? (++(x)>>1) : (-(x)>>1))
366             *p = SIGN(value);
367
368             // run hybrid filter
369             ttafilter_process(filter, p, 0);
370
371             // fixed order prediction
372 #define PRED(x, k) (int32_t)((((uint64_t)x << k) - x) >> k)
373             switch (s->bps) {
374                 case 1: *p += PRED(*predictor, 4); break;
375                 case 2:
376                 case 3: *p += PRED(*predictor, 5); break;
377                 case 4: *p += *predictor; break;
378             }
379             *predictor = *p;
380
381 #if 0
382             // extract 32bit float from last two int samples
383             if (s->is_float && ((p - data) & 1)) {
384                 uint32_t neg = *p & 0x80000000;
385                 uint32_t hi = *(p - 1);
386                 uint32_t lo = abs(*p) - 1;
387
388                 hi += (hi || lo) ? 0x3f80 : 0;
389                 // SWAP16: swap all the 16 bits
390                 *(p - 1) = (hi << 16) | SWAP16(lo) | neg;
391             }
392 #endif
393
394             /*if ((get_bits_count(&s->gb)+7)/8 > buf_size)
395             {
396                 av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "overread!!\n");
397                 break;
398             }*/
399
400             // flip channels
401             if (cur_chan < (s->channels-1))
402                 cur_chan++;
403             else {
404                 // decorrelate in case of stereo integer
405                 if (!s->is_float && (s->channels > 1)) {
406                     int32_t *r = p - 1;
407                     for (*p += *r / 2; r > p - s->channels; r--)
408                         *r = *(r + 1) - *r;
409                 }
410                 cur_chan = 0;
411             }
412         }
413
414         skip_bits(&s->gb, 32); // frame crc
415
416         // convert to output buffer
417         switch(s->bps) {
418             case 2: {
419                 uint16_t *samples = data;
420                 for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++) {
421 //                    *samples++ = (unsigned char)*p;
422 //                    *samples++ = (unsigned char)(*p >> 8);
423                     *samples++ = *p;
424                 }
425                 *data_size = (uint8_t *)samples - (uint8_t *)data;
426                 break;
427             }
428             default:
429                 av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error, only 16bit samples supported!\n");
430         }
431     }
432
433 //    return get_bits_count(&s->gb)+7)/8;
434     return buf_size;
435 }
436
437 static int tta_decode_close(AVCodecContext *avctx) {
438     TTAContext *s = avctx->priv_data;
439
440     if (s->decode_buffer)
441         av_free(s->decode_buffer);
442
443     return 0;
444 }
445
446 AVCodec tta_decoder = {
447     "tta",
448     CODEC_TYPE_AUDIO,
449     CODEC_ID_TTA,
450     sizeof(TTAContext),
451     tta_decode_init,
452     NULL,
453     tta_decode_close,
454     tta_decode_frame,
455 };