Cosmetics. Merge declaration and initialization.
[ffmpeg.git] / libavcodec / atrac1.c
1 /*
2  * Atrac 1 compatible decoder
3  * Copyright (c) 2009 Maxim Poliakovski
4  * Copyright (c) 2009 Benjamin Larsson
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24  * @file libavcodec/atrac1.c
25  * Atrac 1 compatible decoder.
26  * This decoder handles raw ATRAC1 data.
27  */
28
29 /* Many thanks to Tim Craig for all the help! */
30
31 #include <math.h>
32 #include <stddef.h>
33 #include <stdio.h>
34
35 #include "avcodec.h"
36 #include "get_bits.h"
37 #include "dsputil.h"
38
39 #include "atrac.h"
40 #include "atrac1data.h"
41
42 #define AT1_MAX_BFU      52                 ///< max number of block floating units in a sound unit
43 #define AT1_SU_SIZE      212                ///< number of bytes in a sound unit
44 #define AT1_SU_SAMPLES   512                ///< number of samples in a sound unit
45 #define AT1_FRAME_SIZE   AT1_SU_SIZE * 2
46 #define AT1_SU_MAX_BITS  AT1_SU_SIZE * 8
47 #define AT1_MAX_CHANNELS 2
48
49 #define AT1_QMF_BANDS    3
50 #define IDX_LOW_BAND     0
51 #define IDX_MID_BAND     1
52 #define IDX_HIGH_BAND    2
53
54 /**
55  * Sound unit struct, one unit is used per channel
56  */
57 typedef struct {
58     int                 log2_block_count[AT1_QMF_BANDS];    ///< log2 number of blocks in a band
59     int                 num_bfus;                           ///< number of Block Floating Units
60     float*              spectrum[2];
61     DECLARE_ALIGNED_16(float, spec1[AT1_SU_SAMPLES]);       ///< mdct buffer
62     DECLARE_ALIGNED_16(float, spec2[AT1_SU_SAMPLES]);       ///< mdct buffer
63     DECLARE_ALIGNED_16(float, fst_qmf_delay[46]);           ///< delay line for the 1st stacked QMF filter
64     DECLARE_ALIGNED_16(float, snd_qmf_delay[46]);           ///< delay line for the 2nd stacked QMF filter
65     DECLARE_ALIGNED_16(float, last_qmf_delay[256+23]);      ///< delay line for the last stacked QMF filter
66 } AT1SUCtx;
67
68 /**
69  * The atrac1 context, holds all needed parameters for decoding
70  */
71 typedef struct {
72     AT1SUCtx            SUs[AT1_MAX_CHANNELS];              ///< channel sound unit
73     DECLARE_ALIGNED_16(float, spec[AT1_SU_SAMPLES]);        ///< the mdct spectrum buffer
74
75     DECLARE_ALIGNED_16(float,  low[256]);
76     DECLARE_ALIGNED_16(float,  mid[256]);
77     DECLARE_ALIGNED_16(float, high[512]);
78     float*              bands[3];
79     DECLARE_ALIGNED_16(float, out_samples[AT1_MAX_CHANNELS][AT1_SU_SAMPLES]);
80     FFTContext          mdct_ctx[3];
81     int                 channels;
82     DSPContext          dsp;
83 } AT1Ctx;
84
85 DECLARE_ALIGNED_16(static float, short_window[32]);
86
87 /** size of the transform in samples in the long mode for each QMF band */
88 static const uint16_t samples_per_band[3] = {128, 128, 256};
89 static const uint8_t   mdct_long_nbits[3] = {7, 7, 8};
90
91
92 static void at1_imdct(AT1Ctx *q, float *spec, float *out, int nbits,
93                       int rev_spec)
94 {
95     FFTContext* mdct_context = &q->mdct_ctx[nbits - 5 - (nbits > 6)];
96     int transf_size = 1 << nbits;
97
98     if (rev_spec) {
99         int i;
100         for (i = 0; i < transf_size / 2; i++)
101             FFSWAP(float, spec[i], spec[transf_size - 1 - i]);
102     }
103     ff_imdct_half(mdct_context, out, spec);
104 }
105
106
107 static int at1_imdct_block(AT1SUCtx* su, AT1Ctx *q)
108 {
109     int          band_num, band_samples, log2_block_count, nbits, num_blocks, block_size;
110     unsigned int start_pos, ref_pos = 0, pos = 0;
111
112     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
113         band_samples = samples_per_band[band_num];
114         log2_block_count = su->log2_block_count[band_num];
115
116         /* number of mdct blocks in the current QMF band: 1 - for long mode */
117         /* 4 for short mode(low/middle bands) and 8 for short mode(high band)*/
118         num_blocks = 1 << log2_block_count;
119
120         /* mdct block size in samples: 128 (long mode, low & mid bands), */
121         /* 256 (long mode, high band) and 32 (short mode, all bands) */
122         block_size = band_samples >> log2_block_count;
123
124         /* calc transform size in bits according to the block_size_mode */
125         nbits = mdct_long_nbits[band_num] - log2_block_count;
126
127         if (nbits != 5 && nbits != 7 && nbits != 8)
128             return -1;
129
130         if (num_blocks == 1) {
131             /* long blocks */
132             at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos], nbits, band_num);
133             pos += block_size; // move to the next mdct block in the spectrum
134
135             /* overlap and window long blocks */
136             q->dsp.vector_fmul_window(q->bands[band_num], &su->spectrum[1][ref_pos + band_samples - 16],
137                                       &su->spectrum[0][ref_pos], short_window, 0, 16);
138             memcpy(q->bands[band_num] + 32, &su->spectrum[0][ref_pos + 16], 240 * sizeof(float));
139         } else {
140             /* short blocks */
141             float *prev_buf;
142             start_pos = 0;
143             prev_buf = &su->spectrum[1][ref_pos + band_samples - 16];
144             for (; num_blocks != 0; num_blocks--) {
145                 at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], 5, band_num);
146
147                 /* overlap and window between short blocks */
148                 q->dsp.vector_fmul_window(&q->bands[band_num][start_pos], prev_buf,
149                                           &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], short_window, 0, 16);
150
151                 prev_buf = &su->spectrum[0][ref_pos+start_pos + 16];
152                 start_pos += 32; // use hardcoded block_size
153                 pos += 32;
154             }
155         }
156         ref_pos += band_samples;
157     }
158
159     /* Swap buffers so the mdct overlap works */
160     FFSWAP(float*, su->spectrum[0], su->spectrum[1]);
161
162     return 0;
163 }
164
165 /**
166  * Parse the block size mode byte
167  */
168
169 static int at1_parse_bsm(GetBitContext* gb, int log2_block_cnt[AT1_QMF_BANDS])
170 {
171     int log2_block_count_tmp, i;
172
173     for (i = 0; i < 2; i++) {
174         /* low and mid band */
175         log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
176         if (log2_block_count_tmp & 1)
177             return -1;
178         log2_block_cnt[i] = 2 - log2_block_count_tmp;
179     }
180
181     /* high band */
182     log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
183     if (log2_block_count_tmp != 0 && log2_block_count_tmp != 3)
184         return -1;
185     log2_block_cnt[IDX_HIGH_BAND] = 3 - log2_block_count_tmp;
186
187     skip_bits(gb, 2);
188     return 0;
189 }
190
191
192 static int at1_unpack_dequant(GetBitContext* gb, AT1SUCtx* su,
193                               float spec[AT1_SU_SAMPLES])
194 {
195     int bits_used, band_num, bfu_num, i;
196     uint8_t idwls[AT1_MAX_BFU];                 ///< the word length indexes for each BFU
197     uint8_t idsfs[AT1_MAX_BFU];                 ///< the scalefactor indexes for each BFU
198
199     /* parse the info byte (2nd byte) telling how much BFUs were coded */
200     su->num_bfus = bfu_amount_tab1[get_bits(gb, 3)];
201
202     /* calc number of consumed bits:
203         num_BFUs * (idwl(4bits) + idsf(6bits)) + log2_block_count(8bits) + info_byte(8bits)
204         + info_byte_copy(8bits) + log2_block_count_copy(8bits) */
205     bits_used = su->num_bfus * 10 + 32 +
206                 bfu_amount_tab2[get_bits(gb, 2)] +
207                 (bfu_amount_tab3[get_bits(gb, 3)] << 1);
208
209     /* get word length index (idwl) for each BFU */
210     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
211         idwls[i] = get_bits(gb, 4);
212
213     /* get scalefactor index (idsf) for each BFU */
214     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
215         idsfs[i] = get_bits(gb, 6);
216
217     /* zero idwl/idsf for empty BFUs */
218     for (i = su->num_bfus; i < AT1_MAX_BFU; i++)
219         idwls[i] = idsfs[i] = 0;
220
221     /* read in the spectral data and reconstruct MDCT spectrum of this channel */
222     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
223         for (bfu_num = bfu_bands_t[band_num]; bfu_num < bfu_bands_t[band_num+1]; bfu_num++) {
224             int pos;
225
226             int num_specs = specs_per_bfu[bfu_num];
227             int word_len  = !!idwls[bfu_num] + idwls[bfu_num];
228             float scale_factor = sf_table[idsfs[bfu_num]];
229             bits_used    += word_len * num_specs; /* add number of bits consumed by current BFU */
230
231             /* check for bitstream overflow */
232             if (bits_used > AT1_SU_MAX_BITS)
233                 return -1;
234
235             /* get the position of the 1st spec according to the block size mode */
236             pos = su->log2_block_count[band_num] ? bfu_start_short[bfu_num] : bfu_start_long[bfu_num];
237
238             if (word_len) {
239                 float   max_quant = 1.0 / (float)((1 << (word_len - 1)) - 1);
240
241                 for (i = 0; i < num_specs; i++) {
242                     /* read in a quantized spec and convert it to
243                      * signed int and then inverse quantization
244                      */
245                     spec[pos+i] = get_sbits(gb, word_len) * scale_factor * max_quant;
246                 }
247             } else { /* word_len = 0 -> empty BFU, zero all specs in the emty BFU */
248                 memset(&spec[pos], 0, num_specs * sizeof(float));
249             }
250         }
251     }
252
253     return 0;
254 }
255
256
257 void at1_subband_synthesis(AT1Ctx *q, AT1SUCtx* su, float *pOut)
258 {
259     float temp[256];
260     float iqmf_temp[512 + 46];
261
262     /* combine low and middle bands */
263     atrac_iqmf(q->bands[0], q->bands[1], 128, temp, su->fst_qmf_delay, iqmf_temp);
264
265     /* delay the signal of the high band by 23 samples */
266     memcpy( su->last_qmf_delay,    &su->last_qmf_delay[256], sizeof(float) *  23);
267     memcpy(&su->last_qmf_delay[23], q->bands[2],             sizeof(float) * 256);
268
269     /* combine (low + middle) and high bands */
270     atrac_iqmf(temp, su->last_qmf_delay, 256, pOut, su->snd_qmf_delay, iqmf_temp);
271 }
272
273
274 static int atrac1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
275                                int *data_size, AVPacket *avpkt)
276 {
277     const uint8_t *buf = avpkt->data;
278     int buf_size       = avpkt->size;
279     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
280     int ch, ret, i;
281     GetBitContext gb;
282     float* samples = data;
283
284
285     if (buf_size < 212 * q->channels) {
286         av_log(q,AV_LOG_ERROR,"Not enought data to decode!\n");
287         return -1;
288     }
289
290     for (ch = 0; ch < q->channels; ch++) {
291         AT1SUCtx* su = &q->SUs[ch];
292
293         init_get_bits(&gb, &buf[212 * ch], 212 * 8);
294
295         /* parse block_size_mode, 1st byte */
296         ret = at1_parse_bsm(&gb, su->log2_block_count);
297         if (ret < 0)
298             return ret;
299
300         ret = at1_unpack_dequant(&gb, su, q->spec);
301         if (ret < 0)
302             return ret;
303
304         ret = at1_imdct_block(su, q);
305         if (ret < 0)
306             return ret;
307         at1_subband_synthesis(q, su, q->out_samples[ch]);
308     }
309
310     /* round, convert to 16bit and interleave */
311     if (q->channels == 1) {
312         /* mono */
313         q->dsp.vector_clipf(samples, q->out_samples[0], -32700.0 / (1 << 15),
314                             32700.0 / (1 << 15), AT1_SU_SAMPLES);
315     } else {
316         /* stereo */
317         for (i = 0; i < AT1_SU_SAMPLES; i++) {
318             samples[i * 2]     = av_clipf(q->out_samples[0][i],
319                                           -32700.0 / (1 << 15),
320                                            32700.0 / (1 << 15));
321             samples[i * 2 + 1] = av_clipf(q->out_samples[1][i],
322                                           -32700.0 / (1 << 15),
323                                            32700.0 / (1 << 15));
324         }
325     }
326
327     *data_size = q->channels * AT1_SU_SAMPLES * sizeof(*samples);
328     return avctx->block_align;
329 }
330
331
332 static av_cold int atrac1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
333 {
334     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
335
336     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_FLT;
337
338     q->channels = avctx->channels;
339
340     /* Init the mdct transforms */
341     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[0], 6, 1, -1.0/ (1 << 15));
342     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[1], 8, 1, -1.0/ (1 << 15));
343     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[2], 9, 1, -1.0/ (1 << 15));
344
345     ff_sine_window_init(short_window, 32);
346
347     atrac_generate_tables();
348
349     dsputil_init(&q->dsp, avctx);
350
351     q->bands[0] = q->low;
352     q->bands[1] = q->mid;
353     q->bands[2] = q->high;
354
355     /* Prepare the mdct overlap buffers */
356     q->SUs[0].spectrum[0] = q->SUs[0].spec1;
357     q->SUs[0].spectrum[1] = q->SUs[0].spec2;
358     q->SUs[1].spectrum[0] = q->SUs[1].spec1;
359     q->SUs[1].spectrum[1] = q->SUs[1].spec2;
360
361     return 0;
362 }
363
364 AVCodec atrac1_decoder = {
365     .name = "atrac1",
366     .type = CODEC_TYPE_AUDIO,
367     .id = CODEC_ID_ATRAC1,
368     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
369     .init = atrac1_decode_init,
370     .close = NULL,
371     .decode = atrac1_decode_frame,
372     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Atrac 1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
373 };