Musepack SV7 decoding support
[ffmpeg.git] / libavcodec / mpc.c
1 /*
2  * Musepack decoder
3  * Copyright (c) 2006 Konstantin Shishkov
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 /**
24  * @file mpc.c Musepack decoder
25  * MPEG Audio Layer 1/2 -like codec with frames of 1152 samples
26  * divided into 32 subbands.
27  */
28
29 #include "avcodec.h"
30 #include "bitstream.h"
31 #include "dsputil.h"
32
33 #ifdef CONFIG_MPEGAUDIO_HP
34 #define USE_HIGHPRECISION
35 #endif
36 #include "mpegaudio.h"
37
38 #include "mpcdata.h"
39
40 #define BANDS            32
41 #define SAMPLES_PER_BAND 36
42 #define MPC_FRAME_SIZE   (BANDS * SAMPLES_PER_BAND)
43
44 static VLC scfi_vlc, dscf_vlc, hdr_vlc, quant_vlc[MPC7_QUANT_VLC_TABLES][2];
45
46 static DECLARE_ALIGNED_16(MPA_INT, mpa_window[512]);
47
48 typedef struct {
49     DSPContext dsp;
50     int IS, MSS, gapless;
51     int lastframelen, bands;
52     int oldDSCF[2][BANDS];
53     int rnd;
54     /* for synthesis */
55     DECLARE_ALIGNED_16(MPA_INT, synth_buf[MPA_MAX_CHANNELS][512*2]);
56     int synth_buf_offset[MPA_MAX_CHANNELS];
57     DECLARE_ALIGNED_16(int32_t, sb_samples[MPA_MAX_CHANNELS][36][SBLIMIT]);
58 } MPCContext;
59
60 /** Subband structure - hold all variables for each subband */
61 typedef struct {
62     int msf; ///< mid-stereo flag
63     int res[2];
64     int scfi[2];
65     int scf_idx[2][3];
66     int Q[2];
67 }Band;
68
69 static int mpc7_decode_init(AVCodecContext * avctx)
70 {
71     int i, j;
72     MPCContext *c = avctx->priv_data;
73     GetBitContext gb;
74     uint8_t buf[16];
75     float f1=1.20050805774840750476 * 256;
76     static int vlc_inited = 0;
77
78     if(avctx->extradata_size < 16){
79         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too small extradata size (%i)!\n", avctx->extradata_size);
80         return -1;
81     }
82     memset(c->oldDSCF, 0, sizeof(c->oldDSCF));
83     c->rnd = 0xDEADBEEF;
84     dsputil_init(&c->dsp, avctx);
85     c->dsp.bswap_buf(buf, avctx->extradata, 4);
86     ff_mpa_synth_init(mpa_window);
87     init_get_bits(&gb, buf, 128);
88
89     c->IS = get_bits1(&gb);
90     c->MSS = get_bits1(&gb);
91     c->bands = get_bits(&gb, 6);
92     if(c->bands >= BANDS){
93         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many bands: %i\n", c->bands);
94         return -1;
95     }
96     skip_bits(&gb, 88);
97     c->gapless = get_bits1(&gb);
98     c->lastframelen = get_bits(&gb, 11);
99     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "IS: %d, MSS: %d, TG: %d, LFL: %d, bands: %d\n",
100             c->IS, c->MSS, c->gapless, c->lastframelen, c->bands);
101
102     if(vlc_inited) return 0;
103     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Initing VLC\n");
104     if(init_vlc(&scfi_vlc, MPC7_SCFI_BITS, MPC7_SCFI_SIZE,
105                 &mpc7_scfi[1], 2, 1,
106                 &mpc7_scfi[0], 2, 1, INIT_VLC_USE_STATIC)){
107         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot init SCFI VLC\n");
108         return -1;
109     }
110     if(init_vlc(&dscf_vlc, MPC7_DSCF_BITS, MPC7_DSCF_SIZE,
111                 &mpc7_dscf[1], 2, 1,
112                 &mpc7_dscf[0], 2, 1, INIT_VLC_USE_STATIC)){
113         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot init DSCF VLC\n");
114         return -1;
115     }
116     if(init_vlc(&hdr_vlc, MPC7_HDR_BITS, MPC7_HDR_SIZE,
117                 &mpc7_hdr[1], 2, 1,
118                 &mpc7_hdr[0], 2, 1, INIT_VLC_USE_STATIC)){
119         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot init HDR VLC\n");
120         return -1;
121     }
122     for(i = 0; i < MPC7_QUANT_VLC_TABLES; i++){
123         for(j = 0; j < 2; j++){
124             if(init_vlc(&quant_vlc[i][j], 9, mpc7_quant_vlc_sizes[i],
125                         &mpc7_quant_vlc[i][j][1], 4, 2,
126                         &mpc7_quant_vlc[i][j][0], 4, 2, INIT_VLC_USE_STATIC)){
127                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot init QUANT VLC %i,%i\n",i,j);
128                 return -1;
129             }
130         }
131     }
132     vlc_inited = 1;
133     return 0;
134 }
135
136 // XXX replace with something better
137 static int av_always_inline mpc_rnd(MPCContext *c)
138 {
139     c->rnd = c->rnd * 27 + 17;
140     return c->rnd;
141 }
142
143 /**
144  * Process decoded Musepack data and produce PCM
145  * @todo make it available for MPC8 and MPC6
146  */
147 static void mpc_synth(MPCContext *c, int16_t *out)
148 {
149     int dither_state = 0;
150     int i, ch;
151     OUT_INT samples[MPA_MAX_CHANNELS * MPA_FRAME_SIZE], *samples_ptr;
152
153     for(ch = 0;  ch < 2; ch++){
154         samples_ptr = samples + ch;
155         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND; i++) {
156             ff_mpa_synth_filter(c->synth_buf[ch], &(c->synth_buf_offset[ch]),
157                                 mpa_window, &dither_state,
158                                 samples_ptr, 2,
159                                 c->sb_samples[ch][i]);
160             samples_ptr += 64;
161         }
162     }
163     for(i = 0; i < MPC_FRAME_SIZE*2; i++)
164         *out++=samples[i];
165 }
166
167 /**
168  * Fill samples for given subband
169  */
170 static void inline idx_to_quant(MPCContext *c, GetBitContext *gb, int idx, int *dst)
171 {
172     int i, i1, t;
173     switch(idx){
174     case -1:
175         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND; i++){
176             t = mpc_rnd(c);
177             *dst++ = ((t>>24)& 0xFF) + ((t>>16) & 0xFF) + ((t>>8) & 0xFF) + (t & 0xFF) - 510;
178         }
179     case 1:
180         i1 = get_bits1(gb);
181         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND/3; i++){
182             t = get_vlc2(gb, quant_vlc[0][i1].table, 9, 2);
183             *dst++ = mpc_idx30[t];
184             *dst++ = mpc_idx31[t];
185             *dst++ = mpc_idx32[t];
186         }
187         break;
188     case 2:
189         i1 = get_bits1(gb);
190         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND/2; i++){
191             t = get_vlc2(gb, quant_vlc[1][i1].table, 9, 2);
192             *dst++ = mpc_idx50[t];
193             *dst++ = mpc_idx51[t];
194         }
195         break;
196     case  3: case  4: case  5: case  6: case  7:
197         i1 = get_bits1(gb);
198         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND; i++)
199             *dst++ = get_vlc2(gb, quant_vlc[idx-1][i1].table, 9, 2) - mpc7_quant_vlc_off[idx-1];
200         break;
201     case  8: case  9: case 10: case 11: case 12:
202     case 13: case 14: case 15: case 16: case 17:
203         t = (1 << (idx - 2)) - 1;
204         for(i = 0; i < SAMPLES_PER_BAND; i++)
205             *dst++ = get_bits(gb, idx - 1) - t;
206         break;
207     default: // case 0 and -2..-17
208         return;
209     }
210 }
211
212 static int mpc7_decode_frame(AVCodecContext * avctx,
213                             void *data, int *data_size,
214                             uint8_t * buf, int buf_size)
215 {
216     MPCContext *c = avctx->priv_data;
217     GetBitContext gb;
218     uint8_t *bits;
219     int i, j, ch, t;
220     int mb = -1;
221     Band bands[BANDS];
222     int Q[2][MPC_FRAME_SIZE];
223     int off;
224     float mul;
225     int bits_used, bits_avail;
226
227     memset(bands, 0, sizeof(bands));
228     if(buf_size <= 4){
229         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too small buffer passed (%i bytes)\n", buf_size);
230     }
231
232     bits = av_malloc((buf_size - 1) & ~3);
233     c->dsp.bswap_buf(bits, buf + 4, (buf_size - 4) >> 2);
234     init_get_bits(&gb, bits, (buf_size - 4)* 8);
235     skip_bits(&gb, buf[0]);
236
237     /* read subband indexes */
238     for(i = 0; i <= c->bands; i++){
239         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
240             if(i) t = get_vlc2(&gb, hdr_vlc.table, MPC7_HDR_BITS, 1) - 5;
241             if(!i || (t == 4)) bands[i].res[ch] = get_bits(&gb, 4);
242             else bands[i].res[ch] = bands[i-1].res[ch] + t;
243         }
244
245         if(bands[i].res[0] || bands[i].res[1]){
246             mb = i;
247             if(c->MSS) bands[i].msf = get_bits1(&gb);
248         }
249     }
250     /* get scale indexes coding method */
251     for(i = 0; i <= mb; i++)
252         for(ch = 0; ch < 2; ch++)
253             if(bands[i].res[ch]) bands[i].scfi[ch] = get_vlc2(&gb, scfi_vlc.table, MPC7_SCFI_BITS, 1);
254     /* get scale indexes */
255     for(i = 0; i <= mb; i++){
256         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
257             if(bands[i].res[ch]){
258                 bands[i].scf_idx[ch][2] = c->oldDSCF[ch][i];
259                 t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
260                 bands[i].scf_idx[ch][0] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][2] + t);
261                 switch(bands[i].scfi[ch]){
262                 case 0:
263                     t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
264                     bands[i].scf_idx[ch][1] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][0] + t);
265                     t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
266                     bands[i].scf_idx[ch][2] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][1] + t);
267                     break;
268                 case 1:
269                     t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
270                     bands[i].scf_idx[ch][1] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][0] + t);
271                     bands[i].scf_idx[ch][2] = bands[i].scf_idx[ch][1];
272                     break;
273                 case 2:
274                     bands[i].scf_idx[ch][1] = bands[i].scf_idx[ch][0];
275                     t = get_vlc2(&gb, dscf_vlc.table, MPC7_DSCF_BITS, 1) - 7;
276                     bands[i].scf_idx[ch][2] = (t == 8) ? get_bits(&gb, 6) : (bands[i].scf_idx[ch][1] + t);
277                     break;
278                 case 3:
279                     bands[i].scf_idx[ch][2] = bands[i].scf_idx[ch][1] = bands[i].scf_idx[ch][0];
280                     break;
281                 }
282                 c->oldDSCF[ch][i] = bands[i].scf_idx[ch][2];
283             }
284         }
285     }
286     /* get quantizers */
287     memset(Q, 0, sizeof(Q));
288     off = 0;
289     for(i = 0; i < BANDS; i++, off += SAMPLES_PER_BAND)
290         for(ch = 0; ch < 2; ch++)
291             idx_to_quant(c, &gb, bands[i].res[ch], Q[ch] + off);
292     /* dequantize */
293     memset(c->sb_samples, 0, sizeof(c->sb_samples));
294     off = 0;
295     for(i = 0; i <= mb; i++, off += SAMPLES_PER_BAND){
296         for(ch = 0; ch < 2; ch++){
297             if(bands[i].res[ch]){
298                 j = 0;
299                 mul = mpc_CC[bands[i].res[ch]] * mpc7_SCF[bands[i].scf_idx[ch][0]];
300                 for(; j < 12; j++)
301                     c->sb_samples[ch][j][i] = mul * Q[ch][j + off];
302                 mul = mpc_CC[bands[i].res[ch]] * mpc7_SCF[bands[i].scf_idx[ch][1]];
303                 for(; j < 24; j++)
304                     c->sb_samples[ch][j][i] = mul * Q[ch][j + off];
305                 mul = mpc_CC[bands[i].res[ch]] * mpc7_SCF[bands[i].scf_idx[ch][2]];
306                 for(; j < 36; j++)
307                     c->sb_samples[ch][j][i] = mul * Q[ch][j + off];
308             }
309         }
310         if(bands[i].msf){
311             int t1, t2;
312             for(j = 0; j < SAMPLES_PER_BAND; j++){
313                 t1 = c->sb_samples[0][j][i];
314                 t2 = c->sb_samples[1][j][i];
315                 c->sb_samples[0][j][i] = t1 + t2;
316                 c->sb_samples[1][j][i] = t1 - t2;
317             }
318         }
319     }
320
321     mpc_synth(c, data);
322
323     av_free(bits);
324
325     bits_used = get_bits_count(&gb);
326     bits_avail = (buf_size - 4) * 8;
327     if(!buf[1] && ((bits_avail < bits_used) || (bits_used + 32 <= bits_avail))){
328         av_log(NULL,0, "Error decoding frame: used %i of %i bits\n", bits_used, bits_avail);
329         return -1;
330     }
331     *data_size = (buf[1] ? c->lastframelen : MPC_FRAME_SIZE) * 4;
332
333     return buf_size;
334 }
335
336
337 AVCodec mpc7_decoder = {
338     "mpc sv7",
339     CODEC_TYPE_AUDIO,
340     CODEC_ID_MUSEPACK7,
341     sizeof(MPCContext),
342     mpc7_decode_init,
343     NULL,
344     NULL,
345     mpc7_decode_frame,
346 };