git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/ac3dec.h

   1 /*
   2  * Common code between the AC-3 and E-AC-3 decoders
   3  * Copyright (c) 2007 Bartlomiej Wolowiec <bartek.wolowiec@gmail.com>
   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  * Common code between the AC-3 and E-AC-3 decoders.
  25  *
  26  * Summary of MDCT Coefficient Grouping:
  27  * The individual MDCT coefficient indices are often referred to in the
  28  * (E-)AC-3 specification as frequency bins.  These bins are grouped together
  29  * into subbands of 12 coefficients each.  The subbands are grouped together
  30  * into bands as defined in the bitstream by the band structures, which
  31  * determine the number of bands and the size of each band.  The full spectrum
  32  * of 256 frequency bins is divided into 1 DC bin + 21 subbands = 253 bins.
  33  * This system of grouping coefficients is used for channel bandwidth, stereo
  34  * rematrixing, channel coupling, enhanced coupling, and spectral extension.
  35  *
  36  * +-+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+
  37  * |1|  |12|  |  [12|12|12|12]  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |3|
  38  * +-+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+
  39  * ~~~  ~~~~     ~~~~~~~~~~~~~                                      ~~~
  40  *  |     |            |                                             |
  41  *  |     |            |                    3 unused frequency bins--+
  42  *  |     |            |
  43  *  |     |            +--1 band containing 4 subbands
  44  *  |     |
  45  *  |     +--1 subband of 12 frequency bins
  46  *  |
  47  *  +--DC frequency bin
  48  */
  49
  50 #ifndef AVCODEC_AC3DEC_H
  51 #define AVCODEC_AC3DEC_H
  52
  53 #include "libavutil/float_dsp.h"
  54 #include "libavutil/fixed_dsp.h"
  55 #include "libavutil/lfg.h"
  56 #include "libavutil/mem_internal.h"
  57
  58 #include "ac3.h"
  59 #include "ac3dsp.h"
  60 #include "bswapdsp.h"
  61 #include "get_bits.h"
  62 #include "fft.h"
  63 #include "fmtconvert.h"
  64
  65 #define AC3_OUTPUT_LFEON  8
  66
  67 #define SPX_MAX_BANDS    17
  68
  69 /** Large enough for maximum possible frame size when the specification limit is ignored */
  70 #define AC3_FRAME_BUFFER_SIZE 32768
  71
  72 typedef struct AC3DecodeContext {
  73     AVClass        *class;                  ///< class for AVOptions
  74     AVCodecContext *avctx;                  ///< parent context
  75     GetBitContext gbc;                      ///< bitstream reader
  76
  77 ///@name Bit stream information
  78 ///@{
  79     int frame_type;                         ///< frame type                             (strmtyp)
  80     int substreamid;                        ///< substream identification
  81     int superframe_size;                    ///< current superframe size, in bytes
  82     int frame_size;                         ///< current frame size, in bytes
  83     int bit_rate;                           ///< stream bit rate, in bits-per-second
  84     int sample_rate;                        ///< sample frequency, in Hz
  85     int num_blocks;                         ///< number of audio blocks
  86     int bitstream_id;                       ///< bitstream id                           (bsid)
  87     int bitstream_mode;                     ///< bitstream mode                         (bsmod)
  88     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
  89     int lfe_on;                             ///< lfe channel in use
  90     int dialog_normalization[2];            ///< dialog level in dBFS                   (dialnorm)
  91     int compression_exists[2];              ///< compression field is valid for frame   (compre)
  92     int compression_gain[2];                ///< gain to apply for heavy compression    (compr)
  93     int channel_map;                        ///< custom channel map                     (chanmap)
  94     int preferred_downmix;                  ///< Preferred 2-channel downmix mode       (dmixmod)
  95     int center_mix_level;                   ///< Center mix level index
  96     int center_mix_level_ltrt;              ///< Center mix level index for Lt/Rt       (ltrtcmixlev)
  97     int surround_mix_level;                 ///< Surround mix level index
  98     int surround_mix_level_ltrt;            ///< Surround mix level index for Lt/Rt     (ltrtsurmixlev)
  99     int lfe_mix_level_exists;               ///< indicates if lfemixlevcod is specified (lfemixlevcode)
 100     int lfe_mix_level;                      ///< LFE mix level index                    (lfemixlevcod)
 101     int eac3;                               ///< indicates if current frame is E-AC-3
 102     int eac3_frame_dependent_found;         ///< bitstream has E-AC-3 dependent frame(s)
 103     int eac3_subsbtreamid_found;            ///< bitstream has E-AC-3 additional substream(s)
 104     int dolby_surround_mode;                ///< dolby surround mode                    (dsurmod)
 105     int dolby_surround_ex_mode;             ///< dolby surround ex mode                 (dsurexmod)
 106     int dolby_headphone_mode;               ///< dolby headphone mode                   (dheadphonmod)
 107 ///@}
 108
 109     int preferred_stereo_downmix;
 110     float ltrt_center_mix_level;
 111     float ltrt_surround_mix_level;
 112     float loro_center_mix_level;
 113     float loro_surround_mix_level;
 114     int target_level;                       ///< target level in dBFS
 115     float level_gain[2];
 116
 117 ///@name Frame syntax parameters
 118     int snr_offset_strategy;                ///< SNR offset strategy                    (snroffststr)
 119     int block_switch_syntax;                ///< block switch syntax enabled            (blkswe)
 120     int dither_flag_syntax;                 ///< dither flag syntax enabled             (dithflage)
 121     int bit_allocation_syntax;              ///< bit allocation model syntax enabled    (bamode)
 122     int fast_gain_syntax;                   ///< fast gain codes enabled                (frmfgaincode)
 123     int dba_syntax;                         ///< delta bit allocation syntax enabled    (dbaflde)
 124     int skip_syntax;                        ///< skip field syntax enabled              (skipflde)
 125  ///@}
 126
 127 ///@name Standard coupling
 128     int cpl_in_use[AC3_MAX_BLOCKS];         ///< coupling in use                        (cplinu)
 129     int cpl_strategy_exists[AC3_MAX_BLOCKS];///< coupling strategy exists               (cplstre)
 130     int channel_in_cpl[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< channel in coupling                    (chincpl)
 131     int phase_flags_in_use;                 ///< phase flags in use                     (phsflginu)
 132     int phase_flags[AC3_MAX_CPL_BANDS];     ///< phase flags                            (phsflg)
 133     int num_cpl_bands;                      ///< number of coupling bands               (ncplbnd)
 134     uint8_t cpl_band_struct[AC3_MAX_CPL_BANDS];
 135     uint8_t cpl_band_sizes[AC3_MAX_CPL_BANDS]; ///< number of coeffs in each coupling band
 136     int firstchincpl;                       ///< first channel in coupling
 137     int first_cpl_coords[AC3_MAX_CHANNELS]; ///< first coupling coordinates states      (firstcplcos)
 138     int cpl_coords[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_CPL_BANDS]; ///< coupling coordinates      (cplco)
 139 ///@}
 140
 141 ///@name Spectral extension
 142 ///@{
 143     int spx_in_use;                             ///< spectral extension in use              (spxinu)
 144     uint8_t channel_uses_spx[AC3_MAX_CHANNELS]; ///< channel uses spectral extension        (chinspx)
 145     int8_t spx_atten_code[AC3_MAX_CHANNELS];    ///< spx attenuation code                   (spxattencod)
 146     int spx_src_start_freq;                     ///< spx start frequency bin
 147     int spx_dst_end_freq;                       ///< spx end frequency bin
 148     int spx_dst_start_freq;                     ///< spx starting frequency bin for copying (copystartmant)
 149                                                 ///< the copy region ends at the start of the spx region.
 150     int num_spx_bands;                          ///< number of spx bands                    (nspxbnds)
 151     uint8_t spx_band_struct[SPX_MAX_BANDS];
 152     uint8_t spx_band_sizes[SPX_MAX_BANDS];      ///< number of bins in each spx band
 153     uint8_t first_spx_coords[AC3_MAX_CHANNELS]; ///< first spx coordinates states           (firstspxcos)
 154     INTFLOAT spx_noise_blend[AC3_MAX_CHANNELS][SPX_MAX_BANDS]; ///< spx noise blending factor  (nblendfact)
 155     INTFLOAT spx_signal_blend[AC3_MAX_CHANNELS][SPX_MAX_BANDS];///< spx signal blending factor (sblendfact)
 156 ///@}
 157
 158 ///@name Adaptive hybrid transform
 159     int channel_uses_aht[AC3_MAX_CHANNELS];                         ///< channel AHT in use (chahtinu)
 160     int pre_mantissa[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS][AC3_MAX_BLOCKS];  ///< pre-IDCT mantissas
 161 ///@}
 162
 163 ///@name Channel
 164     int fbw_channels;                           ///< number of full-bandwidth channels
 165     int channels;                               ///< number of total channels
 166     int lfe_ch;                                 ///< index of LFE channel
 167     SHORTFLOAT *downmix_coeffs[2];              ///< stereo downmix coefficients
 168     int downmixed;                              ///< indicates if coeffs are currently downmixed
 169     int output_mode;                            ///< output channel configuration
 170     int prev_output_mode;                       ///< output channel configuration for previous frame
 171     int out_channels;                           ///< number of output channels
 172     int prev_bit_rate;                          ///< stream bit rate, in bits-per-second for previous frame
 173 ///@}
 174
 175 ///@name Dynamic range
 176     INTFLOAT dynamic_range[2];                 ///< dynamic range
 177     INTFLOAT drc_scale;                        ///< percentage of dynamic range compression to be applied
 178     int heavy_compression;                     ///< apply heavy compression
 179     INTFLOAT heavy_dynamic_range[2];           ///< heavy dynamic range compression
 180 ///@}
 181
 182 ///@name Bandwidth
 183     int start_freq[AC3_MAX_CHANNELS];       ///< start frequency bin                    (strtmant)
 184     int end_freq[AC3_MAX_CHANNELS];         ///< end frequency bin                      (endmant)
 185 ///@}
 186
 187 ///@name Consistent noise generation
 188     int consistent_noise_generation;        ///< seed noise generation with AC-3 frame on decode
 189 ///@}
 190
 191 ///@name Rematrixing
 192     int num_rematrixing_bands;              ///< number of rematrixing bands            (nrematbnd)
 193     int rematrixing_flags[4];               ///< rematrixing flags                      (rematflg)
 194 ///@}
 195
 196 ///@name Exponents
 197     int num_exp_groups[AC3_MAX_CHANNELS];           ///< Number of exponent groups      (nexpgrp)
 198     int8_t dexps[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];  ///< decoded exponents
 199     int exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS]; ///< exponent strategies        (expstr)
 200 ///@}
 201
 202 ///@name Bit allocation
 203     AC3BitAllocParameters bit_alloc_params;         ///< bit allocation parameters
 204     int first_cpl_leak;                             ///< first coupling leak state      (firstcplleak)
 205     int snr_offset[AC3_MAX_CHANNELS];               ///< signal-to-noise ratio offsets  (snroffst)
 206     int fast_gain[AC3_MAX_CHANNELS];                ///< fast gain values/SMR's         (fgain)
 207     uint8_t bap[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];   ///< bit allocation pointers
 208     int16_t psd[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];   ///< scaled exponents
 209     int16_t band_psd[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS]; ///< interpolated exponents
 210     int16_t mask[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS];     ///< masking curve values
 211     int dba_mode[AC3_MAX_CHANNELS];                 ///< delta bit allocation mode
 212     int dba_nsegs[AC3_MAX_CHANNELS];                ///< number of delta segments
 213     uint8_t dba_offsets[AC3_MAX_CHANNELS][8];       ///< delta segment offsets
 214     uint8_t dba_lengths[AC3_MAX_CHANNELS][8];       ///< delta segment lengths
 215     uint8_t dba_values[AC3_MAX_CHANNELS][8];        ///< delta values for each segment
 216 ///@}
 217
 218 ///@name Zero-mantissa dithering
 219     int dither_flag[AC3_MAX_CHANNELS];      ///< dither flags                           (dithflg)
 220     AVLFG dith_state;                       ///< for dither generation
 221 ///@}
 222
 223 ///@name IMDCT
 224     int block_switch[AC3_MAX_CHANNELS];     ///< block switch flags                     (blksw)
 225     FFTContext imdct_512;                   ///< for 512 sample IMDCT
 226     FFTContext imdct_256;                   ///< for 256 sample IMDCT
 227 ///@}
 228
 229 ///@name Optimization
 230     BswapDSPContext bdsp;
 231 #if USE_FIXED
 232     AVFixedDSPContext *fdsp;
 233 #else
 234     AVFloatDSPContext *fdsp;
 235 #endif
 236     AC3DSPContext ac3dsp;
 237     FmtConvertContext fmt_conv;             ///< optimized conversion functions
 238 ///@}
 239
 240     SHORTFLOAT *outptr[AC3_MAX_CHANNELS];
 241     INTFLOAT *xcfptr[AC3_MAX_CHANNELS];
 242     INTFLOAT *dlyptr[AC3_MAX_CHANNELS];
 243
 244 ///@name Aligned arrays
 245     DECLARE_ALIGNED(16, int,   fixed_coeffs)[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];       ///< fixed-point transform coefficients
 246     DECLARE_ALIGNED(32, INTFLOAT, transform_coeffs)[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];   ///< transform coefficients
 247     DECLARE_ALIGNED(32, INTFLOAT, delay)[EAC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE];         ///< delay - added to the next block
 248     DECLARE_ALIGNED(32, INTFLOAT, window)[AC3_BLOCK_SIZE];                              ///< window coefficients
 249     DECLARE_ALIGNED(32, INTFLOAT, tmp_output)[AC3_BLOCK_SIZE];                          ///< temporary storage for output before windowing
 250     DECLARE_ALIGNED(32, SHORTFLOAT, output)[EAC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE];            ///< output after imdct transform and windowing
 251     DECLARE_ALIGNED(32, uint8_t, input_buffer)[AC3_FRAME_BUFFER_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE]; ///< temp buffer to prevent overread
 252     DECLARE_ALIGNED(32, SHORTFLOAT, output_buffer)[EAC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE * 6];  ///< final output buffer
 253 ///@}
 254 } AC3DecodeContext;
 255
 256 /**
 257  * Parse the E-AC-3 frame header.
 258  * This parses both the bit stream info and audio frame header.
 259  */
 260 static int ff_eac3_parse_header(AC3DecodeContext *s);
 261
 262 /**
 263  * Decode mantissas in a single channel for the entire frame.
 264  * This is used when AHT mode is enabled.
 265  */
 266 static void ff_eac3_decode_transform_coeffs_aht_ch(AC3DecodeContext *s, int ch);
 267
 268 /**
 269  * Apply spectral extension to each channel by copying lower frequency
 270  * coefficients to higher frequency bins and applying side information to
 271  * approximate the original high frequency signal.
 272  */
 273 static void ff_eac3_apply_spectral_extension(AC3DecodeContext *s);
 274
 275 #if (!USE_FIXED)
 276 extern float ff_ac3_heavy_dynamic_range_tab[256];
 277 #endif
 278
 279 #endif /* AVCODEC_AC3DEC_H */