693e14b9254ed69ce008f291f83b4442c00997d3
[ffmpeg.git] / libavcodec / pcm.c
1 /*
2  * PCM codecs
3  * Copyright (c) 2001 Fabrice Bellard.
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 pcm.c
24  * PCM codecs
25  */
26
27 #include "avcodec.h"
28 #include "bitstream.h" // for ff_reverse
29
30 /* from g711.c by SUN microsystems (unrestricted use) */
31
32 #define         SIGN_BIT        (0x80)      /* Sign bit for a A-law byte. */
33 #define         QUANT_MASK      (0xf)       /* Quantization field mask. */
34 #define         NSEGS           (8)         /* Number of A-law segments. */
35 #define         SEG_SHIFT       (4)         /* Left shift for segment number. */
36 #define         SEG_MASK        (0x70)      /* Segment field mask. */
37
38 #define         BIAS            (0x84)      /* Bias for linear code. */
39
40 /*
41  * alaw2linear() - Convert an A-law value to 16-bit linear PCM
42  *
43  */
44 static int alaw2linear(unsigned char a_val)
45 {
46         int t;
47         int seg;
48
49         a_val ^= 0x55;
50
51         t = a_val & QUANT_MASK;
52         seg = ((unsigned)a_val & SEG_MASK) >> SEG_SHIFT;
53         if(seg) t= (t + t + 1 + 32) << (seg + 2);
54         else    t= (t + t + 1     ) << 3;
55
56         return ((a_val & SIGN_BIT) ? t : -t);
57 }
58
59 static int ulaw2linear(unsigned char u_val)
60 {
61         int t;
62
63         /* Complement to obtain normal u-law value. */
64         u_val = ~u_val;
65
66         /*
67          * Extract and bias the quantization bits. Then
68          * shift up by the segment number and subtract out the bias.
69          */
70         t = ((u_val & QUANT_MASK) << 3) + BIAS;
71         t <<= ((unsigned)u_val & SEG_MASK) >> SEG_SHIFT;
72
73         return ((u_val & SIGN_BIT) ? (BIAS - t) : (t - BIAS));
74 }
75
76 /* 16384 entries per table */
77 static uint8_t linear_to_alaw[16384];
78 static uint8_t linear_to_ulaw[16384];
79
80 static void build_xlaw_table(uint8_t *linear_to_xlaw,
81                              int (*xlaw2linear)(unsigned char),
82                              int mask)
83 {
84     int i, j, v, v1, v2;
85
86     j = 0;
87     for(i=0;i<128;i++) {
88         if (i != 127) {
89             v1 = xlaw2linear(i ^ mask);
90             v2 = xlaw2linear((i + 1) ^ mask);
91             v = (v1 + v2 + 4) >> 3;
92         } else {
93             v = 8192;
94         }
95         for(;j<v;j++) {
96             linear_to_xlaw[8192 + j] = (i ^ mask);
97             if (j > 0)
98                 linear_to_xlaw[8192 - j] = (i ^ (mask ^ 0x80));
99         }
100     }
101     linear_to_xlaw[0] = linear_to_xlaw[1];
102 }
103
104 static int pcm_encode_init(AVCodecContext *avctx)
105 {
106     avctx->frame_size = 1;
107     switch(avctx->codec->id) {
108     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
109         build_xlaw_table(linear_to_alaw, alaw2linear, 0xd5);
110         break;
111     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
112         build_xlaw_table(linear_to_ulaw, ulaw2linear, 0xff);
113         break;
114     default:
115         break;
116     }
117
118     switch(avctx->codec->id) {
119     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
120     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
121     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
122     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
123         avctx->block_align = 4 * avctx->channels;
124         break;
125     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
126     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
127     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
128     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
129     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
130         avctx->block_align = 3 * avctx->channels;
131         break;
132     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
133     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
134     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
135     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
136         avctx->block_align = 2 * avctx->channels;
137         break;
138     case CODEC_ID_PCM_S8:
139     case CODEC_ID_PCM_U8:
140     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
141     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
142         avctx->block_align = avctx->channels;
143         break;
144     default:
145         break;
146     }
147
148     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
149     avctx->coded_frame->key_frame= 1;
150
151     return 0;
152 }
153
154 static int pcm_encode_close(AVCodecContext *avctx)
155 {
156     av_freep(&avctx->coded_frame);
157
158     return 0;
159 }
160
161 /**
162  * \brief convert samples from 16 bit
163  * \param bps byte per sample for the destination format, must be >= 2
164  * \param le 0 for big-, 1 for little-endian
165  * \param us 0 for signed, 1 for unsigned output
166  * \param samples input samples
167  * \param dst output samples
168  * \param n number of samples in samples buffer.
169  */
170 static inline void encode_from16(int bps, int le, int us,
171                                short **samples, uint8_t **dst, int n) {
172     int usum = us ? 0x8000 : 0;
173     if (bps > 2)
174         memset(*dst, 0, n * bps);
175     if (le) *dst += bps - 2;
176     for(;n>0;n--) {
177         register int v = *(*samples)++;
178         v += usum;
179         (*dst)[le] = v >> 8;
180         (*dst)[1 - le] = v;
181         *dst += bps;
182     }
183     if (le) *dst -= bps - 2;
184 }
185
186 static int pcm_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
187                             unsigned char *frame, int buf_size, void *data)
188 {
189     int n, sample_size, v;
190     short *samples;
191     unsigned char *dst;
192
193     switch(avctx->codec->id) {
194     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
195     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
196     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
197     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
198         sample_size = 4;
199         break;
200     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
201     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
202     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
203     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
204     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
205         sample_size = 3;
206         break;
207     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
208     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
209     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
210     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
211         sample_size = 2;
212         break;
213     default:
214         sample_size = 1;
215         break;
216     }
217     n = buf_size / sample_size;
218     samples = data;
219     dst = frame;
220
221     switch(avctx->codec->id) {
222     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
223         encode_from16(4, 1, 0, &samples, &dst, n);
224         break;
225     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
226         encode_from16(4, 0, 0, &samples, &dst, n);
227         break;
228     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
229         encode_from16(4, 1, 1, &samples, &dst, n);
230         break;
231     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
232         encode_from16(4, 0, 1, &samples, &dst, n);
233         break;
234     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
235         encode_from16(3, 1, 0, &samples, &dst, n);
236         break;
237     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
238         encode_from16(3, 0, 0, &samples, &dst, n);
239         break;
240     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
241         encode_from16(3, 1, 1, &samples, &dst, n);
242         break;
243     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
244         encode_from16(3, 0, 1, &samples, &dst, n);
245         break;
246     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
247         for(;n>0;n--) {
248             uint32_t tmp = ff_reverse[*samples >> 8] +
249                            (ff_reverse[*samples & 0xff] << 8);
250             tmp <<= 4; // sync flags would go here
251             dst[2] = tmp & 0xff;
252             tmp >>= 8;
253             dst[1] = tmp & 0xff;
254             dst[0] = tmp >> 8;
255             samples++;
256             dst += 3;
257         }
258         break;
259     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
260         for(;n>0;n--) {
261             v = *samples++;
262             dst[0] = v & 0xff;
263             dst[1] = v >> 8;
264             dst += 2;
265         }
266         break;
267     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
268         for(;n>0;n--) {
269             v = *samples++;
270             dst[0] = v >> 8;
271             dst[1] = v;
272             dst += 2;
273         }
274         break;
275     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
276         for(;n>0;n--) {
277             v = *samples++;
278             v += 0x8000;
279             dst[0] = v & 0xff;
280             dst[1] = v >> 8;
281             dst += 2;
282         }
283         break;
284     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
285         for(;n>0;n--) {
286             v = *samples++;
287             v += 0x8000;
288             dst[0] = v >> 8;
289             dst[1] = v;
290             dst += 2;
291         }
292         break;
293     case CODEC_ID_PCM_S8:
294         for(;n>0;n--) {
295             v = *samples++;
296             dst[0] = v >> 8;
297             dst++;
298         }
299         break;
300     case CODEC_ID_PCM_U8:
301         for(;n>0;n--) {
302             v = *samples++;
303             dst[0] = (v >> 8) + 128;
304             dst++;
305         }
306         break;
307     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
308         for(;n>0;n--) {
309             v = *samples++;
310             dst[0] = linear_to_alaw[(v + 32768) >> 2];
311             dst++;
312         }
313         break;
314     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
315         for(;n>0;n--) {
316             v = *samples++;
317             dst[0] = linear_to_ulaw[(v + 32768) >> 2];
318             dst++;
319         }
320         break;
321     default:
322         return -1;
323     }
324     //avctx->frame_size = (dst - frame) / (sample_size * avctx->channels);
325
326     return dst - frame;
327 }
328
329 typedef struct PCMDecode {
330     short table[256];
331 } PCMDecode;
332
333 static int pcm_decode_init(AVCodecContext * avctx)
334 {
335     PCMDecode *s = avctx->priv_data;
336     int i;
337
338     switch(avctx->codec->id) {
339     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
340         for(i=0;i<256;i++)
341             s->table[i] = alaw2linear(i);
342         break;
343     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
344         for(i=0;i<256;i++)
345             s->table[i] = ulaw2linear(i);
346         break;
347     default:
348         break;
349     }
350     return 0;
351 }
352
353 /**
354  * \brief convert samples to 16 bit
355  * \param bps byte per sample for the source format, must be >= 2
356  * \param le 0 for big-, 1 for little-endian
357  * \param us 0 for signed, 1 for unsigned input
358  * \param src input samples
359  * \param samples output samples
360  * \param src_len number of bytes in src
361  */
362 static inline void decode_to16(int bps, int le, int us,
363                                uint8_t **src, short **samples, int src_len)
364 {
365     int usum = us ? -0x8000 : 0;
366     register int n = src_len / bps;
367     if (le) *src += bps - 2;
368     for(;n>0;n--) {
369         *(*samples)++ = ((*src)[le] << 8 | (*src)[1 - le]) + usum;
370         *src += bps;
371     }
372     if (le) *src -= bps - 2;
373 }
374
375 static int pcm_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
376                             void *data, int *data_size,
377                             uint8_t *buf, int buf_size)
378 {
379     PCMDecode *s = avctx->priv_data;
380     int n;
381     short *samples;
382     uint8_t *src;
383
384     samples = data;
385     src = buf;
386
387     n= av_get_bits_per_sample(avctx->codec_id)/8;
388     if(n && buf_size % n){
389         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid PCM packet\n");
390         return -1;
391     }
392
393     buf_size= FFMIN(buf_size, *data_size/2);
394     *data_size=0;
395
396     switch(avctx->codec->id) {
397     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
398         decode_to16(4, 1, 0, &src, &samples, buf_size);
399         break;
400     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
401         decode_to16(4, 0, 0, &src, &samples, buf_size);
402         break;
403     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
404         decode_to16(4, 1, 1, &src, &samples, buf_size);
405         break;
406     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
407         decode_to16(4, 0, 1, &src, &samples, buf_size);
408         break;
409     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
410         decode_to16(3, 1, 0, &src, &samples, buf_size);
411         break;
412     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
413         decode_to16(3, 0, 0, &src, &samples, buf_size);
414         break;
415     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
416         decode_to16(3, 1, 1, &src, &samples, buf_size);
417         break;
418     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
419         decode_to16(3, 0, 1, &src, &samples, buf_size);
420         break;
421     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
422         n = buf_size / 3;
423         for(;n>0;n--) {
424           uint32_t v = src[0] << 16 | src[1] << 8 | src[2];
425           v >>= 4; // sync flags are here
426           *samples++ = ff_reverse[(v >> 8) & 0xff] +
427                        (ff_reverse[v & 0xff] << 8);
428           src += 3;
429         }
430         break;
431     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
432         n = buf_size >> 1;
433         for(;n>0;n--) {
434             *samples++ = src[0] | (src[1] << 8);
435             src += 2;
436         }
437         break;
438     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
439         n = buf_size >> 1;
440         for(;n>0;n--) {
441             *samples++ = (src[0] << 8) | src[1];
442             src += 2;
443         }
444         break;
445     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
446         n = buf_size >> 1;
447         for(;n>0;n--) {
448             *samples++ = (src[0] | (src[1] << 8)) - 0x8000;
449             src += 2;
450         }
451         break;
452     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
453         n = buf_size >> 1;
454         for(;n>0;n--) {
455             *samples++ = ((src[0] << 8) | src[1]) - 0x8000;
456             src += 2;
457         }
458         break;
459     case CODEC_ID_PCM_S8:
460         n = buf_size;
461         for(;n>0;n--) {
462             *samples++ = src[0] << 8;
463             src++;
464         }
465         break;
466     case CODEC_ID_PCM_U8:
467         n = buf_size;
468         for(;n>0;n--) {
469             *samples++ = ((int)src[0] - 128) << 8;
470             src++;
471         }
472         break;
473     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
474     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
475         n = buf_size;
476         for(;n>0;n--) {
477             *samples++ = s->table[src[0]];
478             src++;
479         }
480         break;
481     default:
482         return -1;
483     }
484     *data_size = (uint8_t *)samples - (uint8_t *)data;
485     return src - buf;
486 }
487
488 #define PCM_CODEC(id, name)                     \
489 AVCodec name ## _encoder = {                    \
490     #name,                                      \
491     CODEC_TYPE_AUDIO,                           \
492     id,                                         \
493     0,                                          \
494     pcm_encode_init,                            \
495     pcm_encode_frame,                           \
496     pcm_encode_close,                           \
497     NULL,                                       \
498 };                                              \
499 AVCodec name ## _decoder = {                    \
500     #name,                                      \
501     CODEC_TYPE_AUDIO,                           \
502     id,                                         \
503     sizeof(PCMDecode),                          \
504     pcm_decode_init,                            \
505     NULL,                                       \
506     NULL,                                       \
507     pcm_decode_frame,                           \
508 }
509
510 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S32LE, pcm_s32le);
511 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S32BE, pcm_s32be);
512 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U32LE, pcm_u32le);
513 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U32BE, pcm_u32be);
514 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S24LE, pcm_s24le);
515 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S24BE, pcm_s24be);
516 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U24LE, pcm_u24le);
517 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U24BE, pcm_u24be);
518 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S24DAUD, pcm_s24daud);
519 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S16LE, pcm_s16le);
520 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S16BE, pcm_s16be);
521 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U16LE, pcm_u16le);
522 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U16BE, pcm_u16be);
523 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S8, pcm_s8);
524 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U8, pcm_u8);
525 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_ALAW, pcm_alaw);
526 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_MULAW, pcm_mulaw);
527
528 #undef PCM_CODEC