avcodec/atrac3plusdec: Use avpriv_float_dsp_alloc()
[ffmpeg.git] / libavcodec / atrac3plusdec.c
1 /*
2  * ATRAC3+ compatible decoder
3  *
4  * Copyright (c) 2010-2013 Maxim Poliakovski
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
25  * Sony ATRAC3+ compatible decoder.
26  *
27  * Container formats used to store its data:
28  * RIFF WAV (.at3) and Sony OpenMG (.oma, .aa3).
29  *
30  * Technical description of this codec can be found here:
31  * http://wiki.multimedia.cx/index.php?title=ATRAC3plus
32  *
33  * Kudos to Benjamin Larsson and Michael Karcher
34  * for their precious technical help!
35  */
36
37 #include <stdint.h>
38 #include <string.h>
39
40 #include "libavutil/channel_layout.h"
41 #include "libavutil/float_dsp.h"
42 #include "avcodec.h"
43 #include "get_bits.h"
44 #include "internal.h"
45 #include "atrac.h"
46 #include "atrac3plus.h"
47
48 typedef struct ATRAC3PContext {
49     GetBitContext gb;
50     AVFloatDSPContext *fdsp;
51
52     DECLARE_ALIGNED(32, float, samples)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES];  ///< quantized MDCT spectrum
53     DECLARE_ALIGNED(32, float, mdct_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES]; ///< output of the IMDCT
54     DECLARE_ALIGNED(32, float, time_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES]; ///< output of the gain compensation
55     DECLARE_ALIGNED(32, float, outp_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES];
56
57     AtracGCContext gainc_ctx;   ///< gain compensation context
58     FFTContext mdct_ctx;
59     FFTContext ipqf_dct_ctx;    ///< IDCT context used by IPQF
60
61     Atrac3pChanUnitCtx *ch_units;   ///< global channel units
62
63     int num_channel_blocks;     ///< number of channel blocks
64     uint8_t channel_blocks[5];  ///< channel configuration descriptor
65     uint64_t my_channel_layout; ///< current channel layout
66 } ATRAC3PContext;
67
68 static av_cold int atrac3p_decode_close(AVCodecContext *avctx)
69 {
70     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
71
72     av_freep(&ctx->ch_units);
73     av_freep(&ctx->fdsp);
74
75     return 0;
76 }
77
78 static av_cold int set_channel_params(ATRAC3PContext *ctx,
79                                       AVCodecContext *avctx)
80 {
81     memset(ctx->channel_blocks, 0, sizeof(ctx->channel_blocks));
82
83     switch (avctx->channels) {
84     case 1:
85         if (avctx->channel_layout != AV_CH_FRONT_LEFT)
86             avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
87
88         ctx->num_channel_blocks = 1;
89         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_MONO;
90         break;
91     case 2:
92         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
93         ctx->num_channel_blocks = 1;
94         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
95         break;
96     case 3:
97         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_SURROUND;
98         ctx->num_channel_blocks = 2;
99         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
100         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
101         break;
102     case 4:
103         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_4POINT0;
104         ctx->num_channel_blocks = 3;
105         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
106         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
107         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_MONO;
108         break;
109     case 6:
110         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK;
111         ctx->num_channel_blocks = 4;
112         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
113         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
114         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
115         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
116         break;
117     case 7:
118         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_6POINT1_BACK;
119         ctx->num_channel_blocks = 5;
120         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
121         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
122         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
123         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
124         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
125         break;
126     case 8:
127         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_7POINT1;
128         ctx->num_channel_blocks = 5;
129         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
130         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
131         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
132         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_STEREO;
133         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
134         break;
135     default:
136         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
137                "Unsupported channel count: %d!\n", avctx->channels);
138         return AVERROR_INVALIDDATA;
139     }
140
141     return 0;
142 }
143
144 static av_cold int atrac3p_decode_init(AVCodecContext *avctx)
145 {
146     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
147     int i, ch, ret;
148
149     if (!avctx->block_align) {
150         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "block_align is not set\n");
151         return AVERROR(EINVAL);
152     }
153
154     ff_atrac3p_init_vlcs();
155
156     /* initialize IPQF */
157     ff_mdct_init(&ctx->ipqf_dct_ctx, 5, 1, 32.0 / 32768.0);
158
159     ff_atrac3p_init_imdct(avctx, &ctx->mdct_ctx);
160
161     ff_atrac_init_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx, 6, 2);
162
163     ff_atrac3p_init_wave_synth();
164
165     if ((ret = set_channel_params(ctx, avctx)) < 0)
166         return ret;
167
168     ctx->my_channel_layout = avctx->channel_layout;
169
170     ctx->ch_units = av_mallocz_array(ctx->num_channel_blocks, sizeof(*ctx->ch_units));
171     ctx->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
172
173     if (!ctx->ch_units || !ctx->fdsp) {
174         atrac3p_decode_close(avctx);
175         return AVERROR(ENOMEM);
176     }
177
178     for (i = 0; i < ctx->num_channel_blocks; i++) {
179         for (ch = 0; ch < 2; ch++) {
180             ctx->ch_units[i].channels[ch].ch_num          = ch;
181             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[0][0];
182             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[1][0];
183             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[0][0];
184             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[1][0];
185             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info      = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[0][0];
186             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_prev = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[1][0];
187         }
188
189         ctx->ch_units[i].waves_info      = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[0];
190         ctx->ch_units[i].waves_info_prev = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[1];
191     }
192
193     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
194
195     return 0;
196 }
197
198 static void decode_residual_spectrum(Atrac3pChanUnitCtx *ctx,
199                                      float out[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES],
200                                      int num_channels,
201                                      AVCodecContext *avctx)
202 {
203     int i, sb, ch, qu, nspeclines, RNG_index;
204     float *dst, q;
205     int16_t *src;
206     /* calculate RNG table index for each subband */
207     int sb_RNG_index[ATRAC3P_SUBBANDS] = { 0 };
208
209     if (ctx->mute_flag) {
210         for (ch = 0; ch < num_channels; ch++)
211             memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
212         return;
213     }
214
215     for (qu = 0, RNG_index = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++)
216         RNG_index += ctx->channels[0].qu_sf_idx[qu] +
217                      ctx->channels[1].qu_sf_idx[qu];
218
219     for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++, RNG_index += 128)
220         sb_RNG_index[sb] = RNG_index & 0x3FC;
221
222     /* inverse quant and power compensation */
223     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
224         /* clear channel's residual spectrum */
225         memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
226
227         for (qu = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++) {
228             src        = &ctx->channels[ch].spectrum[ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
229             dst        = &out[ch][ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
230             nspeclines = ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu + 1] -
231                          ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu];
232
233             if (ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu] > 0) {
234                 q = ff_atrac3p_sf_tab[ctx->channels[ch].qu_sf_idx[qu]] *
235                     ff_atrac3p_mant_tab[ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu]];
236                 for (i = 0; i < nspeclines; i++)
237                     dst[i] = src[i] * q;
238             }
239         }
240
241         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++)
242             ff_atrac3p_power_compensation(ctx, ch, &out[ch][0],
243                                           sb_RNG_index[sb], sb);
244     }
245
246     if (ctx->unit_type == CH_UNIT_STEREO) {
247         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++) {
248             if (ctx->swap_channels[sb]) {
249                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
250                     FFSWAP(float, out[0][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i],
251                                   out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
252             }
253
254             /* flip coefficients' sign if requested */
255             if (ctx->negate_coeffs[sb])
256                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
257                     out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i] = -(out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
258         }
259     }
260 }
261
262 static void reconstruct_frame(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
263                               int num_channels, AVCodecContext *avctx)
264 {
265     int ch, sb;
266
267     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
268         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++) {
269             /* inverse transform and windowing */
270             ff_atrac3p_imdct(ctx->fdsp, &ctx->mdct_ctx,
271                              &ctx->samples[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
272                              &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
273                              (ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev[sb] << 1) +
274                              ch_unit->channels[ch].wnd_shape[sb], sb);
275
276             /* gain compensation and overlapping */
277             ff_atrac_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx,
278                                        &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
279                                        &ch_unit->prev_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
280                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data_prev[sb],
281                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data[sb],
282                                        ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES,
283                                        &ctx->time_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]);
284         }
285
286         /* zero unused subbands in both output and overlapping buffers */
287         memset(&ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
288                0,
289                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
290                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
291                sizeof(ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
292         memset(&ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
293                0,
294                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
295                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
296                sizeof(ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
297
298         /* resynthesize and add tonal signal */
299         if (ch_unit->waves_info->tones_present ||
300             ch_unit->waves_info_prev->tones_present) {
301             for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++)
302                 if (ch_unit->channels[ch].tones_info[sb].num_wavs ||
303                     ch_unit->channels[ch].tones_info_prev[sb].num_wavs) {
304                     ff_atrac3p_generate_tones(ch_unit, ctx->fdsp, ch, sb,
305                                               &ctx->time_buf[ch][sb * 128]);
306                 }
307         }
308
309         /* subband synthesis and acoustic signal output */
310         ff_atrac3p_ipqf(&ctx->ipqf_dct_ctx, &ch_unit->ipqf_ctx[ch],
311                         &ctx->time_buf[ch][0], &ctx->outp_buf[ch][0]);
312     }
313
314     /* swap window shape and gain control buffers. */
315     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
316         FFSWAP(uint8_t *, ch_unit->channels[ch].wnd_shape,
317                ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev);
318         FFSWAP(AtracGainInfo *, ch_unit->channels[ch].gain_data,
319                ch_unit->channels[ch].gain_data_prev);
320         FFSWAP(Atrac3pWavesData *, ch_unit->channels[ch].tones_info,
321                ch_unit->channels[ch].tones_info_prev);
322     }
323
324     FFSWAP(Atrac3pWaveSynthParams *, ch_unit->waves_info, ch_unit->waves_info_prev);
325 }
326
327 static int atrac3p_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
328                                 int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
329 {
330     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
331     AVFrame *frame      = data;
332     int i, ret, ch_unit_id, ch_block = 0, out_ch_index = 0, channels_to_process;
333     float **samples_p = (float **)frame->extended_data;
334
335     frame->nb_samples = ATRAC3P_FRAME_SAMPLES;
336     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0) {
337         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
338         return ret;
339     }
340
341     if ((ret = init_get_bits8(&ctx->gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
342         return ret;
343
344     if (get_bits1(&ctx->gb)) {
345         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start bit!\n");
346         return AVERROR_INVALIDDATA;
347     }
348
349     while (get_bits_left(&ctx->gb) >= 2 &&
350            (ch_unit_id = get_bits(&ctx->gb, 2)) != CH_UNIT_TERMINATOR) {
351         if (ch_unit_id == CH_UNIT_EXTENSION) {
352             avpriv_report_missing_feature(avctx, "Channel unit extension");
353             return AVERROR_PATCHWELCOME;
354         }
355         if (ch_block >= ctx->num_channel_blocks ||
356             ctx->channel_blocks[ch_block] != ch_unit_id) {
357             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
358                    "Frame data doesn't match channel configuration!\n");
359             return AVERROR_INVALIDDATA;
360         }
361
362         ctx->ch_units[ch_block].unit_type = ch_unit_id;
363         channels_to_process               = ch_unit_id + 1;
364
365         if ((ret = ff_atrac3p_decode_channel_unit(&ctx->gb,
366                                                   &ctx->ch_units[ch_block],
367                                                   channels_to_process,
368                                                   avctx)) < 0)
369             return ret;
370
371         decode_residual_spectrum(&ctx->ch_units[ch_block], ctx->samples,
372                                  channels_to_process, avctx);
373         reconstruct_frame(ctx, &ctx->ch_units[ch_block],
374                           channels_to_process, avctx);
375
376         for (i = 0; i < channels_to_process; i++)
377             memcpy(samples_p[out_ch_index + i], ctx->outp_buf[i],
378                    ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(**samples_p));
379
380         ch_block++;
381         out_ch_index += channels_to_process;
382     }
383
384     *got_frame_ptr = 1;
385
386     return avctx->block_align;
387 }
388
389 AVCodec ff_atrac3p_decoder = {
390     .name           = "atrac3plus",
391     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+)"),
392     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
393     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC3P,
394     .priv_data_size = sizeof(ATRAC3PContext),
395     .init           = atrac3p_decode_init,
396     .close          = atrac3p_decode_close,
397     .decode         = atrac3p_decode_frame,
398 };