git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/dstdec.c

   1 /*
   2  * Direct Stream Transfer (DST) decoder
   3  * Copyright (c) 2014 Peter Ross <pross@xvid.org>
   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
  24  * Direct Stream Transfer (DST) decoder
  25  * ISO/IEC 14496-3 Part 3 Subpart 10: Technical description of lossless coding of oversampled audio
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/avassert.h"
  29 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  30 #include "internal.h"
  31 #include "get_bits.h"
  32 #include "avcodec.h"
  33 #include "golomb.h"
  34 #include "mathops.h"
  35 #include "dsd.h"
  36
  37 #define DST_MAX_CHANNELS 6
  38 #define DST_MAX_ELEMENTS (2 * DST_MAX_CHANNELS)
  39
  40 #define DSD_FS44(sample_rate) (sample_rate * 8LL / 44100)
  41
  42 #define DST_SAMPLES_PER_FRAME(sample_rate) (588 * DSD_FS44(sample_rate))
  43
  44 static const int8_t fsets_code_pred_coeff[3][3] = {
  45     {  -8 },
  46     { -16,  8 },
  47     {  -9, -5, 6 },
  48 };
  49
  50 static const int8_t probs_code_pred_coeff[3][3] = {
  51     {  -8 },
  52     { -16,  8 },
  53     { -24, 24, -8 },
  54 };
  55
  56 typedef struct ArithCoder {
  57     unsigned int a;
  58     unsigned int c;
  59 } ArithCoder;
  60
  61 typedef struct Table {
  62     unsigned int elements;
  63     unsigned int length[DST_MAX_ELEMENTS];
  64     int coeff[DST_MAX_ELEMENTS][128];
  65 } Table;
  66
  67 typedef struct DSTContext {
  68     AVClass *class;
  69
  70     GetBitContext gb;
  71     ArithCoder ac;
  72     Table fsets, probs;
  73     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, status)[DST_MAX_CHANNELS][16];
  74     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, filter)[DST_MAX_ELEMENTS][16][256];
  75     DSDContext dsdctx[DST_MAX_CHANNELS];
  76 } DSTContext;
  77
  78 static av_cold int decode_init(AVCodecContext *avctx)
  79 {
  80     DSTContext *s = avctx->priv_data;
  81     int i;
  82
  83     if (avctx->channels > DST_MAX_CHANNELS) {
  84         avpriv_request_sample(avctx, "Channel count %d", avctx->channels);
  85         return AVERROR_PATCHWELCOME;
  86     }
  87
  88     // the sample rate is only allowed to be 64,128,256 * 44100 by ISO/IEC 14496-3:2005(E)
  89     // We are a bit more tolerant here, but this check is needed to bound the size and duration
  90     if (avctx->sample_rate > 512 * 44100)
  91         return AVERROR_INVALIDDATA;
  92
  93
  94     if (DST_SAMPLES_PER_FRAME(avctx->sample_rate) & 7) {
  95         return AVERROR_PATCHWELCOME;
  96     }
  97
  98     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
  99
 100     for (i = 0; i < avctx->channels; i++)
 101         memset(s->dsdctx[i].buf, 0x69, sizeof(s->dsdctx[i].buf));
 102
 103     ff_init_dsd_data();
 104
 105     return 0;
 106 }
 107
 108 static int read_map(GetBitContext *gb, Table *t, unsigned int map[DST_MAX_CHANNELS], int channels)
 109 {
 110     int ch;
 111     t->elements = 1;
 112     map[0] = 0;
 113     if (!get_bits1(gb)) {
 114         for (ch = 1; ch < channels; ch++) {
 115             int bits = av_log2(t->elements) + 1;
 116             map[ch] = get_bits(gb, bits);
 117             if (map[ch] == t->elements) {
 118                 t->elements++;
 119                 if (t->elements >= DST_MAX_ELEMENTS)
 120                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 121             } else if (map[ch] > t->elements) {
 122                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 123             }
 124         }
 125     } else {
 126         memset(map, 0, sizeof(*map) * DST_MAX_CHANNELS);
 127     }
 128     return 0;
 129 }
 130
 131 static av_always_inline int get_sr_golomb_dst(GetBitContext *gb, unsigned int k)
 132 {
 133     int v = get_ur_golomb_jpegls(gb, k, get_bits_left(gb), 0);
 134     if (v && get_bits1(gb))
 135         v = -v;
 136     return v;
 137 }
 138
 139 static void read_uncoded_coeff(GetBitContext *gb, int *dst, unsigned int elements,
 140                                int coeff_bits, int is_signed, int offset)
 141 {
 142     int i;
 143
 144     for (i = 0; i < elements; i++) {
 145         dst[i] = (is_signed ? get_sbits(gb, coeff_bits) : get_bits(gb, coeff_bits)) + offset;
 146     }
 147 }
 148
 149 static int read_table(GetBitContext *gb, Table *t, const int8_t code_pred_coeff[3][3],
 150                       int length_bits, int coeff_bits, int is_signed, int offset)
 151 {
 152     unsigned int i, j, k;
 153     for (i = 0; i < t->elements; i++) {
 154         t->length[i] = get_bits(gb, length_bits) + 1;
 155         if (!get_bits1(gb)) {
 156             read_uncoded_coeff(gb, t->coeff[i], t->length[i], coeff_bits, is_signed, offset);
 157         } else {
 158             int method = get_bits(gb, 2), lsb_size;
 159             if (method == 3)
 160                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 161
 162             read_uncoded_coeff(gb, t->coeff[i], method + 1, coeff_bits, is_signed, offset);
 163
 164             lsb_size  = get_bits(gb, 3);
 165             for (j = method + 1; j < t->length[i]; j++) {
 166                 int c, x = 0;
 167                 for (k = 0; k < method + 1; k++)
 168                     x += code_pred_coeff[method][k] * (unsigned)t->coeff[i][j - k - 1];
 169                 c = get_sr_golomb_dst(gb, lsb_size);
 170                 if (x >= 0)
 171                     c -= (x + 4) / 8;
 172                 else
 173                     c += (-x + 3) / 8;
 174                 if (!is_signed) {
 175                     if (c < offset || c >= offset + (1<<coeff_bits))
 176                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 177                 }
 178                 t->coeff[i][j] = c;
 179             }
 180         }
 181     }
 182     return 0;
 183 }
 184
 185 static void ac_init(ArithCoder *ac, GetBitContext *gb)
 186 {
 187     ac->a = 4095;
 188     ac->c = get_bits(gb, 12);
 189 }
 190
 191 static av_always_inline void ac_get(ArithCoder *ac, GetBitContext *gb, int p, int *e)
 192 {
 193     unsigned int k = (ac->a >> 8) | ((ac->a >> 7) & 1);
 194     unsigned int q = k * p;
 195     unsigned int a_q = ac->a - q;
 196
 197     *e = ac->c < a_q;
 198     if (*e) {
 199         ac->a  = a_q;
 200     } else {
 201         ac->a  = q;
 202         ac->c -= a_q;
 203     }
 204
 205     if (ac->a < 2048) {
 206         int n = 11 - av_log2(ac->a);
 207         ac->a <<= n;
 208         ac->c = (ac->c << n) | get_bits(gb, n);
 209     }
 210 }
 211
 212 static uint8_t prob_dst_x_bit(int c)
 213 {
 214     return (ff_reverse[c & 127] >> 1) + 1;
 215 }
 216
 217 static void build_filter(int16_t table[DST_MAX_ELEMENTS][16][256], const Table *fsets)
 218 {
 219     int i, j, k, l;
 220
 221     for (i = 0; i < fsets->elements; i++) {
 222         int length = fsets->length[i];
 223
 224         for (j = 0; j < 16; j++) {
 225             int total = av_clip(length - j * 8, 0, 8);
 226
 227             for (k = 0; k < 256; k++) {
 228                 int v = 0;
 229
 230                 for (l = 0; l < total; l++)
 231                     v += (((k >> l) & 1) * 2 - 1) * fsets->coeff[i][j * 8 + l];
 232                 table[i][j][k] = v;
 233             }
 234         }
 235     }
 236 }
 237
 238 static int decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 239                         int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 240 {
 241     unsigned samples_per_frame = DST_SAMPLES_PER_FRAME(avctx->sample_rate);
 242     unsigned map_ch_to_felem[DST_MAX_CHANNELS];
 243     unsigned map_ch_to_pelem[DST_MAX_CHANNELS];
 244     unsigned i, ch, same_map, dst_x_bit;
 245     unsigned half_prob[DST_MAX_CHANNELS];
 246     const int channels = avctx->channels;
 247     DSTContext *s = avctx->priv_data;
 248     GetBitContext *gb = &s->gb;
 249     ArithCoder *ac = &s->ac;
 250     AVFrame *frame = data;
 251     uint8_t *dsd;
 252     float *pcm;
 253     int ret;
 254
 255     if (avpkt->size <= 1)
 256         return AVERROR_INVALIDDATA;
 257
 258     frame->nb_samples = samples_per_frame / 8;
 259     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 260         return ret;
 261     dsd = frame->data[0];
 262     pcm = (float *)frame->data[0];
 263
 264     if ((ret = init_get_bits8(gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 265         return ret;
 266
 267     if (!get_bits1(gb)) {
 268         skip_bits1(gb);
 269         if (get_bits(gb, 6))
 270             return AVERROR_INVALIDDATA;
 271         memcpy(frame->data[0], avpkt->data + 1, FFMIN(avpkt->size - 1, frame->nb_samples * channels));
 272         goto dsd;
 273     }
 274
 275     /* Segmentation (10.4, 10.5, 10.6) */
 276
 277     if (!get_bits1(gb)) {
 278         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Segmentation");
 279         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 280     }
 281
 282     if (!get_bits1(gb)) {
 283         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Segmentation For All Channels");
 284         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 285     }
 286
 287     if (!get_bits1(gb)) {
 288         avpriv_request_sample(avctx, "Not End Of Channel Segmentation");
 289         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 290     }
 291
 292     /* Mapping (10.7, 10.8, 10.9) */
 293
 294     same_map = get_bits1(gb);
 295
 296     if ((ret = read_map(gb, &s->fsets, map_ch_to_felem, channels)) < 0)
 297         return ret;
 298
 299     if (same_map) {
 300         s->probs.elements = s->fsets.elements;
 301         memcpy(map_ch_to_pelem, map_ch_to_felem, sizeof(map_ch_to_felem));
 302     } else {
 303         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Mapping");
 304         if ((ret = read_map(gb, &s->probs, map_ch_to_pelem, channels)) < 0)
 305             return ret;
 306     }
 307
 308     /* Half Probability (10.10) */
 309
 310     for (ch = 0; ch < channels; ch++)
 311         half_prob[ch] = get_bits1(gb);
 312
 313     /* Filter Coef Sets (10.12) */
 314
 315     ret = read_table(gb, &s->fsets, fsets_code_pred_coeff, 7, 9, 1, 0);
 316     if (ret < 0)
 317         return ret;
 318
 319     /* Probability Tables (10.13) */
 320
 321     ret = read_table(gb, &s->probs, probs_code_pred_coeff, 6, 7, 0, 1);
 322     if (ret < 0)
 323         return ret;
 324
 325     /* Arithmetic Coded Data (10.11) */
 326
 327     if (get_bits1(gb))
 328         return AVERROR_INVALIDDATA;
 329     ac_init(ac, gb);
 330
 331     build_filter(s->filter, &s->fsets);
 332
 333     memset(s->status, 0xAA, sizeof(s->status));
 334     memset(dsd, 0, frame->nb_samples * 4 * channels);
 335
 336     ac_get(ac, gb, prob_dst_x_bit(s->fsets.coeff[0][0]), &dst_x_bit);
 337
 338     for (i = 0; i < samples_per_frame; i++) {
 339         for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 340             const unsigned felem = map_ch_to_felem[ch];
 341             int16_t (*filter)[256] = s->filter[felem];
 342             uint8_t *status = s->status[ch];
 343             int prob, residual, v;
 344
 345 #define F(x) filter[(x)][status[(x)]]
 346             const int16_t predict = F( 0) + F( 1) + F( 2) + F( 3) +
 347                                     F( 4) + F( 5) + F( 6) + F( 7) +
 348                                     F( 8) + F( 9) + F(10) + F(11) +
 349                                     F(12) + F(13) + F(14) + F(15);
 350 #undef F
 351
 352             if (!half_prob[ch] || i >= s->fsets.length[felem]) {
 353                 unsigned pelem = map_ch_to_pelem[ch];
 354                 unsigned index = FFABS(predict) >> 3;
 355                 prob = s->probs.coeff[pelem][FFMIN(index, s->probs.length[pelem] - 1)];
 356             } else {
 357                 prob = 128;
 358             }
 359
 360             ac_get(ac, gb, prob, &residual);
 361             v = ((predict >> 15) ^ residual) & 1;
 362             dsd[((i >> 3) * channels + ch) << 2] |= v << (7 - (i & 0x7 ));
 363
 364             AV_WL64A(status + 8, (AV_RL64A(status + 8) << 1) | ((AV_RL64A(status) >> 63) & 1));
 365             AV_WL64A(status, (AV_RL64A(status) << 1) | v);
 366         }
 367     }
 368
 369 dsd:
 370     for (i = 0; i < channels; i++) {
 371         ff_dsd2pcm_translate(&s->dsdctx[i], frame->nb_samples, 0,
 372                              frame->data[0] + i * 4,
 373                              channels * 4, pcm + i, channels);
 374     }
 375
 376     *got_frame_ptr = 1;
 377
 378     return avpkt->size;
 379 }
 380
 381 AVCodec ff_dst_decoder = {
 382     .name           = "dst",
 383     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DST (Digital Stream Transfer)"),
 384     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 385     .id             = AV_CODEC_ID_DST,
 386     .priv_data_size = sizeof(DSTContext),
 387     .init           = decode_init,
 388     .decode         = decode_frame,
 389     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 390     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_FLT,
 391                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 392 };