5dc254589e1750e76a3c04ea5cfe35631a64c9b1
[ffmpeg.git] / libavcodec / ra288.c
1 /*
2  * RealAudio 2.0 (28.8K)
3  * Copyright (c) 2003 the ffmpeg project
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 #include "avcodec.h"
23 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
24 #include "bitstream.h"
25 #include "ra288.h"
26
27 typedef struct {
28     float sp_lpc[36];   ///< LPC coefficients for speech data (spec: A)
29     float gain_lpc[10]; ///< LPC coefficients for gain (spec: GB)
30     int   phase;
31
32     float sp_hist[111]; ///< Speech data history (spec: SB)
33
34     /** Speech part of the gain autocorrelation (spec: REXP) */
35     float sp_rec[37];
36
37     float gain_hist[38];   ///< Log-gain history (spec: SBLG)
38
39     /** Recursive part of the gain autocorrelation (spec: REXPLG) */
40     float gain_rec[11];
41
42     float sb[41];
43     float lhist[10];
44 } RA288Context;
45
46 static inline float scalar_product_float(const float * v1, const float * v2,
47                                          int size)
48 {
49     float res = 0.;
50
51     while (size--)
52         res += *v1++ * *v2++;
53
54     return res;
55 }
56
57 static void colmult(float *tgt, const float *m1, const float *m2, int n)
58 {
59     while (n--)
60         *tgt++ = *m1++ * *m2++;
61 }
62
63 /* Decode and produce output */
64 static void decode(RA288Context *ractx, float gain, int cb_coef)
65 {
66     int x, y;
67     double sumsum;
68     float sum, buffer[5];
69
70     memmove(ractx->sb + 5, ractx->sb, 36 * sizeof(*ractx->sb));
71
72     for (x=4; x >= 0; x--)
73         ractx->sb[x] = -scalar_product_float(ractx->sb + x + 1,
74                                              ractx->sp_lpc, 36);
75
76     /* block 46 of G.728 spec */
77     sum = 32. - scalar_product_float(ractx->gain_lpc, ractx->lhist, 10);
78
79     /* block 47 of G.728 spec */
80     sum = av_clipf(sum, 0, 60);
81
82     /* block 48 of G.728 spec */
83     sumsum = exp(sum * 0.1151292546497) * gain;    /* pow(10.0,sum/20)*f */
84
85     for (x=0; x < 5; x++)
86         buffer[x] = codetable[cb_coef][x] * sumsum;
87
88     sum = scalar_product_float(buffer, buffer, 5) / 5;
89
90     sum = FFMAX(sum, 1);
91
92     /* shift and store */
93     memmove(ractx->lhist, ractx->lhist - 1, 10 * sizeof(*ractx->lhist));
94
95     *ractx->lhist = 10 * log10(sum) - 32;
96
97     for (x=1; x < 5; x++)
98         for (y=x-1; y >= 0; y--)
99             buffer[x] -= ractx->sp_lpc[x-y-1] * buffer[y];
100
101     /* output */
102     for (x=0; x < 5; x++) {
103         ractx->sb[4-x] =
104             av_clipf(ractx->sb[4-x] + buffer[x], -4095, 4095);
105     }
106 }
107
108 /**
109  * Converts autocorrelation coefficients to LPC coefficients using the
110  * Levinson-Durbin algorithm. See blocks 37 and 50 of the G.728 specification.
111  *
112  * @return 0 if success, -1 if fail
113  */
114 static int eval_lpc_coeffs(const float *in, float *tgt, int n)
115 {
116     int x, y;
117     double f0, f1, f2;
118
119     if (in[n] == 0)
120         return -1;
121
122     if ((f0 = *in) <= 0)
123         return -1;
124
125     in--; // To avoid a -1 subtraction in the inner loop
126
127     for (x=1; x <= n; x++) {
128         f1 = in[x+1];
129
130         for (y=0; y < x - 1; y++)
131             f1 += in[x-y]*tgt[y];
132
133         tgt[x-1] = f2 = -f1/f0;
134         for (y=0; y < x >> 1; y++) {
135             float temp = tgt[y] + tgt[x-y-2]*f2;
136             tgt[x-y-2] += tgt[y]*f2;
137             tgt[y] = temp;
138         }
139         if ((f0 += f1*f2) < 0)
140             return -1;
141     }
142
143     return 0;
144 }
145
146 static void prodsum(float *tgt, const float *src, int len, int n)
147 {
148     for (; n >= 0; n--)
149         tgt[n] = scalar_product_float(src, src - n, len);
150
151 }
152
153 /**
154  * Hybrid window filtering. See blocks 36 and 49 of the G.728 specification.
155  *
156  * @note This function is slightly different from that described in the spec.
157  *       It expects in[0] to be the newest sample and in[n-1] to be the oldest
158  *       one stored. The spec has in the more ordinary way (in[0] the oldest
159  *       and in[n-1] the newest).
160  *
161  * @param order   the order of the filter
162  * @param n       the length of the input
163  * @param non_rec the number of non-recursive samples
164  * @param out     the filter output
165  * @param in      pointer to the input of the filter
166  * @param hist    pointer to the input history of the filter. It is updated by
167  *                this function.
168  * @param out     pointer to the non-recursive part of the output
169  * @param out2    pointer to the recursive part of the output
170  * @param window  pointer to the windowing function table
171  */
172 static void do_hybrid_window(int order, int n, int non_rec, const float *in,
173                              float *out, float *hist, float *out2,
174                              const float *window)
175 {
176     unsigned int x;
177     float buffer1[37];
178     float buffer2[37];
179     float work[111];
180
181     /* update history */
182     memmove(hist                  , hist + n, (order + non_rec)*sizeof(*hist));
183
184     for (x=0; x < n; x++)
185         hist[order + non_rec + x] = in[n-x-1];
186
187     colmult(work, window, hist, order + n + non_rec);
188
189     prodsum(buffer1, work + order    , n      , order);
190     prodsum(buffer2, work + order + n, non_rec, order);
191
192     for (x=0; x <= order; x++) {
193         out2[x] = out2[x] * 0.5625 + buffer1[x];
194         out [x] = out2[x]          + buffer2[x];
195     }
196
197     /* Multiply by the white noise correcting factor (WNCF) */
198     *out *= 257./256.;
199 }
200
201 /**
202  * Backward synthesis filter. Find the LPC coefficients from past speech data.
203  */
204 static void backward_filter(RA288Context *ractx)
205 {
206     float temp1[37]; // RTMP in the spec
207     float temp2[11]; // GPTPMP in the spec
208
209     do_hybrid_window(36, 40, 35, ractx->sb, temp1, ractx->sp_hist,
210                      ractx->sp_rec, syn_window);
211
212     if (!eval_lpc_coeffs(temp1, ractx->sp_lpc, 36))
213         colmult(ractx->sp_lpc, ractx->sp_lpc, syn_bw_tab, 36);
214
215     do_hybrid_window(10, 8, 20, ractx->lhist, temp2, ractx->gain_hist,
216                      ractx->gain_rec, gain_window);
217
218     if (!eval_lpc_coeffs(temp2, ractx->gain_lpc, 10))
219         colmult(ractx->gain_lpc, ractx->gain_lpc, gain_bw_tab, 10);
220 }
221
222 /* Decode a block (celp) */
223 static int ra288_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
224                               int *data_size, const uint8_t * buf,
225                               int buf_size)
226 {
227     int16_t *out = data;
228     int x, y;
229     RA288Context *ractx = avctx->priv_data;
230     GetBitContext gb;
231
232     if (buf_size < avctx->block_align) {
233         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
234                "Error! Input buffer is too small [%d<%d]\n",
235                buf_size, avctx->block_align);
236         return 0;
237     }
238
239     init_get_bits(&gb, buf, avctx->block_align * 8);
240
241     for (x=0; x < 32; x++) {
242         float gain = amptable[get_bits(&gb, 3)];
243         int cb_coef = get_bits(&gb, 6 + (x&1));
244         ractx->phase = (x + 4) & 7;
245         decode(ractx, gain, cb_coef);
246
247         for (y=0; y < 5; y++)
248             *(out++) = 8 * ractx->sb[4 - y];
249
250         if (ractx->phase == 7)
251             backward_filter(ractx);
252     }
253
254     *data_size = (char *)out - (char *)data;
255     return avctx->block_align;
256 }
257
258 AVCodec ra_288_decoder =
259 {
260     "real_288",
261     CODEC_TYPE_AUDIO,
262     CODEC_ID_RA_288,
263     sizeof(RA288Context),
264     NULL,
265     NULL,
266     NULL,
267     ra288_decode_frame,
268     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 2.0 (28.8K)"),
269 };