]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/ac3dec.c
65d58533871f9535ca9d16238c56d7d28e81c6cc
[ffmpeg] / libavcodec / ac3dec.c
1 /*
2  * AC-3 Audio Decoder
3  * This code is developed as part of Google Summer of Code 2006 Program.
4  *
5  * Copyright (c) 2006 Kartikey Mahendra BHATT (bhattkm at gmail dot com).
6  * Copyright (c) 2007 Justin Ruggles
7  *
8  * Portions of this code are derived from liba52
9  * http://liba52.sourceforge.net
10  * Copyright (C) 2000-2003 Michel Lespinasse <walken@zoy.org>
11  * Copyright (C) 1999-2000 Aaron Holtzman <aholtzma@ess.engr.uvic.ca>
12  *
13  * This file is part of FFmpeg.
14  *
15  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
16  * modify it under the terms of the GNU General Public
17  * License as published by the Free Software Foundation; either
18  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
19  *
20  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
21  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  * General Public License for more details.
24  *
25  * You should have received a copy of the GNU General Public
26  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
27  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
28  */
29
30 #include <stdio.h>
31 #include <stddef.h>
32 #include <math.h>
33 #include <string.h>
34
35 #include "avcodec.h"
36 #include "ac3_parser.h"
37 #include "bitstream.h"
38 #include "dsputil.h"
39 #include "random.h"
40
41 /**
42  * Table of bin locations for rematrixing bands
43  * reference: Section 7.5.2 Rematrixing : Frequency Band Definitions
44  */
45 static const uint8_t rematrix_band_tbl[5] = { 13, 25, 37, 61, 253 };
46
47 /* table for exponent to scale_factor mapping
48  * scale_factor[i] = 2 ^ -(i + 15)
49  */
50 static float scale_factors[25];
51
52 /** table for grouping exponents */
53 static uint8_t exp_ungroup_tbl[128][3];
54
55
56 /** tables for ungrouping mantissas */
57 static float b1_mantissas[32][3];
58 static float b2_mantissas[128][3];
59 static float b3_mantissas[8];
60 static float b4_mantissas[128][2];
61 static float b5_mantissas[16];
62
63 /**
64  * Quantization table: levels for symmetric. bits for asymmetric.
65  * reference: Table 7.18 Mapping of bap to Quantizer
66  */
67 static const uint8_t qntztab[16] = {
68     0, 3, 5, 7, 11, 15,
69     5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16
70 };
71
72 /** dynamic range table. converts codes to scale factors. */
73 static float dynrng_tbl[256];
74
75 /** dialogue normalization table */
76 static float dialnorm_tbl[32];
77
78 /* Adjustmens in dB gain */
79 #define LEVEL_MINUS_3DB         0.7071067811865476
80 #define LEVEL_MINUS_4POINT5DB   0.5946035575013605
81 #define LEVEL_MINUS_6DB         0.5000000000000000
82 #define LEVEL_MINUS_9DB         0.3535533905932738
83 #define LEVEL_ZERO              0.0000000000000000
84 #define LEVEL_ONE               1.0000000000000000
85
86 static const float gain_levels[6] = {
87     LEVEL_ZERO,
88     LEVEL_ONE,
89     LEVEL_MINUS_3DB,
90     LEVEL_MINUS_4POINT5DB,
91     LEVEL_MINUS_6DB,
92     LEVEL_MINUS_9DB
93 };
94
95 /**
96  * Table for center mix levels
97  * reference: Section 5.4.2.4 cmixlev
98  */
99 static const uint8_t clevs[4] = { 2, 3, 4, 3 };
100
101 /**
102  * Table for surround mix levels
103  * reference: Section 5.4.2.5 surmixlev
104  */
105 static const uint8_t slevs[4] = { 2, 4, 0, 4 };
106
107 /**
108  * Table for default stereo downmixing coefficients
109  * reference: Section 7.8.2 Downmixing Into Two Channels
110  */
111 static const uint8_t ac3_default_coeffs[8][5][2] = {
112     { { 1, 0 }, { 0, 1 },                               },
113     { { 2, 2 },                                         },
114     { { 1, 0 }, { 0, 1 },                               },
115     { { 1, 0 }, { 3, 3 }, { 0, 1 },                     },
116     { { 1, 0 }, { 0, 1 }, { 4, 4 },                     },
117     { { 1, 0 }, { 3, 3 }, { 0, 1 }, { 5, 5 },           },
118     { { 1, 0 }, { 0, 1 }, { 4, 0 }, { 0, 4 },           },
119     { { 1, 0 }, { 3, 3 }, { 0, 1 }, { 4, 0 }, { 0, 4 }, },
120 };
121
122 /* override ac3.h to include coupling channel */
123 #undef AC3_MAX_CHANNELS
124 #define AC3_MAX_CHANNELS 7
125 #define CPL_CH 0
126
127 #define AC3_OUTPUT_LFEON  8
128
129 typedef struct {
130     int acmod;
131     int dsurmod;
132
133     int blksw[AC3_MAX_CHANNELS];
134     int dithflag[AC3_MAX_CHANNELS];
135     int dither_all;
136     int cplinu;
137     int chincpl[AC3_MAX_CHANNELS];
138     int phsflginu;
139     int cplbndstrc[18];
140     int rematstr;
141     int nrematbnd;
142     int rematflg[4];
143     int expstr[AC3_MAX_CHANNELS];
144     int snroffst[AC3_MAX_CHANNELS];
145     int fgain[AC3_MAX_CHANNELS];
146     int deltbae[AC3_MAX_CHANNELS];
147     int deltnseg[AC3_MAX_CHANNELS];
148     uint8_t  deltoffst[AC3_MAX_CHANNELS][8];
149     uint8_t  deltlen[AC3_MAX_CHANNELS][8];
150     uint8_t  deltba[AC3_MAX_CHANNELS][8];
151
152     /* Derived Attributes. */
153     int      sampling_rate;
154     int      bit_rate;
155     int      frame_size;
156
157     int      nchans;            //number of total channels
158     int      nfchans;           //number of full-bandwidth channels
159     int      lfeon;             //lfe channel in use
160     int      lfe_ch;            ///< index of LFE channel
161     int      output_mode;       ///< output channel configuration
162     int      out_channels;      ///< number of output channels
163
164     float    downmix_coeffs[AC3_MAX_CHANNELS][2];   ///< stereo downmix coefficients
165     float    dialnorm[2];                       ///< dialogue normalization
166     float    dynrng[2];                         ///< dynamic range
167     float    cplco[AC3_MAX_CHANNELS][18];   //coupling coordinates
168     int      ncplbnd;           //number of coupling bands
169     int      ncplsubnd;         //number of coupling sub bands
170     int      startmant[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< start frequency bin
171     int      endmant[AC3_MAX_CHANNELS];     //channel end mantissas
172     AC3BitAllocParameters bit_alloc_params; ///< bit allocation parameters
173
174     int8_t   dexps[AC3_MAX_CHANNELS][256];  ///< decoded exponents
175     uint8_t  bap[AC3_MAX_CHANNELS][256];    ///< bit allocation pointers
176     int16_t  psd[AC3_MAX_CHANNELS][256];    ///< scaled exponents
177     int16_t  bndpsd[AC3_MAX_CHANNELS][50];  ///< interpolated exponents
178     int16_t  mask[AC3_MAX_CHANNELS][50];    ///< masking curve values
179
180     DECLARE_ALIGNED_16(float, transform_coeffs[AC3_MAX_CHANNELS][256]);  //transform coefficients
181
182     /* For IMDCT. */
183     MDCTContext imdct_512;  //for 512 sample imdct transform
184     MDCTContext imdct_256;  //for 256 sample imdct transform
185     DSPContext  dsp;        //for optimization
186     float       add_bias;   ///< offset for float_to_int16 conversion
187     float       mul_bias;   ///< scaling for float_to_int16 conversion
188
189     DECLARE_ALIGNED_16(float, output[AC3_MAX_CHANNELS-1][256]); //output after imdct transform and windowing
190     DECLARE_ALIGNED_16(short, int_output[AC3_MAX_CHANNELS-1][256]); ///< final 16-bit integer output
191     DECLARE_ALIGNED_16(float, delay[AC3_MAX_CHANNELS-1][256]);  //delay - added to the next block
192     DECLARE_ALIGNED_16(float, tmp_imdct[256]);                  //temporary storage for imdct transform
193     DECLARE_ALIGNED_16(float, tmp_output[512]);                 //temporary storage for output before windowing
194     DECLARE_ALIGNED_16(float, window[256]);                     //window coefficients
195
196     /* Miscellaneous. */
197     GetBitContext gb;
198     AVRandomState dith_state;   //for dither generation
199 } AC3DecodeContext;
200
201 /*********** BEGIN INIT HELPER FUNCTIONS ***********/
202 /**
203  * Generate a Kaiser-Bessel Derived Window.
204  */
205 static void ac3_window_init(float *window)
206 {
207    int i, j;
208    double sum = 0.0, bessel, tmp;
209    double local_window[256];
210    double alpha2 = (5.0 * M_PI / 256.0) * (5.0 * M_PI / 256.0);
211
212    for (i = 0; i < 256; i++) {
213        tmp = i * (256 - i) * alpha2;
214        bessel = 1.0;
215        for (j = 100; j > 0; j--) /* defaul to 100 iterations */
216            bessel = bessel * tmp / (j * j) + 1;
217        sum += bessel;
218        local_window[i] = sum;
219    }
220
221    sum++;
222    for (i = 0; i < 256; i++)
223        window[i] = sqrt(local_window[i] / sum);
224 }
225
226 static inline float
227 symmetric_dequant(int code, int levels)
228 {
229     return (code - (levels >> 1)) * (2.0f / levels);
230 }
231
232 /*
233  * Initialize tables at runtime.
234  */
235 static void ac3_tables_init(void)
236 {
237     int i;
238
239     /* generate grouped mantissa tables
240        reference: Section 7.3.5 Ungrouping of Mantissas */
241     for(i=0; i<32; i++) {
242         /* bap=1 mantissas */
243         b1_mantissas[i][0] = symmetric_dequant( i / 9     , 3);
244         b1_mantissas[i][1] = symmetric_dequant((i % 9) / 3, 3);
245         b1_mantissas[i][2] = symmetric_dequant((i % 9) % 3, 3);
246     }
247     for(i=0; i<128; i++) {
248         /* bap=2 mantissas */
249         b2_mantissas[i][0] = symmetric_dequant( i / 25     , 5);
250         b2_mantissas[i][1] = symmetric_dequant((i % 25) / 5, 5);
251         b2_mantissas[i][2] = symmetric_dequant((i % 25) % 5, 5);
252
253         /* bap=4 mantissas */
254         b4_mantissas[i][0] = symmetric_dequant(i / 11, 11);
255         b4_mantissas[i][1] = symmetric_dequant(i % 11, 11);
256     }
257     /* generate ungrouped mantissa tables
258        reference: Tables 7.21 and 7.23 */
259     for(i=0; i<7; i++) {
260         /* bap=3 mantissas */
261         b3_mantissas[i] = symmetric_dequant(i, 7);
262     }
263     for(i=0; i<15; i++) {
264         /* bap=5 mantissas */
265         b5_mantissas[i] = symmetric_dequant(i, 15);
266     }
267
268     /* generate dynamic range table
269        reference: Section 7.7.1 Dynamic Range Control */
270     for(i=0; i<256; i++) {
271         int v = (i >> 5) - ((i >> 7) << 3) - 5;
272         dynrng_tbl[i] = powf(2.0f, v) * ((i & 0x1F) | 0x20);
273     }
274
275     /* generate dialogue normalization table
276        references: Section 5.4.2.8 dialnorm
277                    Section 7.6 Dialogue Normalization */
278     for(i=1; i<32; i++) {
279         dialnorm_tbl[i] = expf((i-31) * M_LN10 / 20.0f);
280     }
281     dialnorm_tbl[0] = dialnorm_tbl[31];
282
283     //generate scale factors
284     for (i = 0; i < 25; i++)
285         scale_factors[i] = pow(2.0, -i);
286
287     /* generate exponent tables
288        reference: Section 7.1.3 Exponent Decoding */
289     for(i=0; i<128; i++) {
290         exp_ungroup_tbl[i][0] =  i / 25;
291         exp_ungroup_tbl[i][1] = (i % 25) / 5;
292         exp_ungroup_tbl[i][2] = (i % 25) % 5;
293     }
294 }
295
296
297 static int ac3_decode_init(AVCodecContext *avctx)
298 {
299     AC3DecodeContext *ctx = avctx->priv_data;
300
301     ac3_common_init();
302     ac3_tables_init();
303     ff_mdct_init(&ctx->imdct_256, 8, 1);
304     ff_mdct_init(&ctx->imdct_512, 9, 1);
305     ac3_window_init(ctx->window);
306     dsputil_init(&ctx->dsp, avctx);
307     av_init_random(0, &ctx->dith_state);
308
309     if(ctx->dsp.float_to_int16 == ff_float_to_int16_c) {
310         ctx->add_bias = 385.0f;
311         ctx->mul_bias = 1.0f;
312     } else {
313         ctx->add_bias = 0.0f;
314         ctx->mul_bias = 32767.0f;
315     }
316
317     return 0;
318 }
319 /*********** END INIT FUNCTIONS ***********/
320
321 /**
322  * Parses the 'sync info' and 'bit stream info' from the AC-3 bitstream.
323  * GetBitContext within AC3DecodeContext must point to
324  * start of the synchronized ac3 bitstream.
325  */
326 static int ac3_parse_header(AC3DecodeContext *ctx)
327 {
328     AC3HeaderInfo hdr;
329     GetBitContext *gb = &ctx->gb;
330     float cmixlev, surmixlev;
331     int err, i;
332
333     err = ff_ac3_parse_header(gb->buffer, &hdr);
334     if(err)
335         return err;
336
337     /* get decoding parameters from header info */
338     ctx->bit_alloc_params.fscod       = hdr.fscod;
339     ctx->acmod                        = hdr.acmod;
340     cmixlev                           = gain_levels[clevs[hdr.cmixlev]];
341     surmixlev                         = gain_levels[slevs[hdr.surmixlev]];
342     ctx->dsurmod                      = hdr.dsurmod;
343     ctx->lfeon                        = hdr.lfeon;
344     ctx->bit_alloc_params.halfratecod = hdr.halfratecod;
345     ctx->sampling_rate                = hdr.sample_rate;
346     ctx->bit_rate                     = hdr.bit_rate;
347     ctx->nchans                       = hdr.channels;
348     ctx->nfchans                      = ctx->nchans - ctx->lfeon;
349     ctx->lfe_ch                       = ctx->nfchans + 1;
350     ctx->frame_size                   = hdr.frame_size;
351
352     /* set default output to all source channels */
353     ctx->out_channels = ctx->nchans;
354     ctx->output_mode = ctx->acmod;
355     if(ctx->lfeon)
356         ctx->output_mode |= AC3_OUTPUT_LFEON;
357
358     /* skip over portion of header which has already been read */
359     skip_bits(gb, 16); //skip the sync_word, sync_info->sync_word = get_bits(gb, 16);
360     skip_bits(gb, 16); // skip crc1
361     skip_bits(gb, 8);  // skip fscod and frmsizecod
362     skip_bits(gb, 11); // skip bsid, bsmod, and acmod
363     if(ctx->acmod == AC3_ACMOD_STEREO) {
364         skip_bits(gb, 2); // skip dsurmod
365     } else {
366         if((ctx->acmod & 1) && ctx->acmod != AC3_ACMOD_MONO)
367             skip_bits(gb, 2); // skip cmixlev
368         if(ctx->acmod & 4)
369             skip_bits(gb, 2); // skip surmixlev
370     }
371     skip_bits1(gb); // skip lfeon
372
373     /* read the rest of the bsi. read twice for dual mono mode. */
374     i = !(ctx->acmod);
375     do {
376         ctx->dialnorm[i] = dialnorm_tbl[get_bits(gb, 5)]; // dialogue normalization
377         if (get_bits1(gb))
378             skip_bits(gb, 8); //skip compression
379         if (get_bits1(gb))
380             skip_bits(gb, 8); //skip language code
381         if (get_bits1(gb))
382             skip_bits(gb, 7); //skip audio production information
383     } while (i--);
384
385     skip_bits(gb, 2); //skip copyright bit and original bitstream bit
386
387     /* FIXME: read & use the xbsi1 downmix levels */
388     if (get_bits1(gb))
389         skip_bits(gb, 14); //skip timecode1
390     if (get_bits1(gb))
391         skip_bits(gb, 14); //skip timecode2
392
393     if (get_bits1(gb)) {
394         i = get_bits(gb, 6); //additional bsi length
395         do {
396             skip_bits(gb, 8);
397         } while(i--);
398     }
399
400     /* set stereo downmixing coefficients
401        reference: Section 7.8.2 Downmixing Into Two Channels */
402     for(i=0; i<ctx->nfchans; i++) {
403         ctx->downmix_coeffs[i][0] = gain_levels[ac3_default_coeffs[ctx->acmod][i][0]];
404         ctx->downmix_coeffs[i][1] = gain_levels[ac3_default_coeffs[ctx->acmod][i][1]];
405     }
406     if(ctx->acmod > 1 && ctx->acmod & 1) {
407         ctx->downmix_coeffs[1][0] = ctx->downmix_coeffs[1][1] = cmixlev;
408     }
409     if(ctx->acmod == AC3_ACMOD_2F1R || ctx->acmod == AC3_ACMOD_3F1R) {
410         int nf = ctx->acmod - 2;
411         ctx->downmix_coeffs[nf][0] = ctx->downmix_coeffs[nf][1] = surmixlev * LEVEL_MINUS_3DB;
412     }
413     if(ctx->acmod == AC3_ACMOD_2F2R || ctx->acmod == AC3_ACMOD_3F2R) {
414         int nf = ctx->acmod - 4;
415         ctx->downmix_coeffs[nf][0] = ctx->downmix_coeffs[nf+1][1] = surmixlev;
416     }
417
418     return 0;
419 }
420
421 /**
422  * Decodes the grouped exponents.
423  * This function decodes the coded exponents according to exponent strategy
424  * and stores them in the decoded exponents buffer.
425  *
426  * @param[in]  gb      GetBitContext which points to start of coded exponents
427  * @param[in]  expstr  Exponent coding strategy
428  * @param[in]  ngrps   Number of grouped exponents
429  * @param[in]  absexp  Absolute exponent or DC exponent
430  * @param[out] dexps   Decoded exponents are stored in dexps
431  */
432 static void decode_exponents(GetBitContext *gb, int expstr, int ngrps,
433                              uint8_t absexp, int8_t *dexps)
434 {
435     int i, j, grp, grpsize;
436     int dexp[256];
437     int expacc, prevexp;
438
439     /* unpack groups */
440     grpsize = expstr + (expstr == EXP_D45);
441     for(grp=0,i=0; grp<ngrps; grp++) {
442         expacc = get_bits(gb, 7);
443         dexp[i++] = exp_ungroup_tbl[expacc][0];
444         dexp[i++] = exp_ungroup_tbl[expacc][1];
445         dexp[i++] = exp_ungroup_tbl[expacc][2];
446     }
447
448     /* convert to absolute exps and expand groups */
449     prevexp = absexp;
450     for(i=0; i<ngrps*3; i++) {
451         prevexp = av_clip(prevexp + dexp[i]-2, 0, 24);
452         for(j=0; j<grpsize; j++) {
453             dexps[(i*grpsize)+j] = prevexp;
454         }
455     }
456 }
457
458 /**
459  * Generates transform coefficients for each coupled channel in the coupling
460  * range using the coupling coefficients and coupling coordinates.
461  * reference: Section 7.4.3 Coupling Coordinate Format
462  */
463 static void uncouple_channels(AC3DecodeContext *ctx)
464 {
465     int i, j, ch, bnd, subbnd;
466
467     subbnd = -1;
468     i = ctx->startmant[CPL_CH];
469     for(bnd=0; bnd<ctx->ncplbnd; bnd++) {
470         do {
471             subbnd++;
472             for(j=0; j<12; j++) {
473                 for(ch=1; ch<=ctx->nfchans; ch++) {
474                     if(ctx->chincpl[ch])
475                         ctx->transform_coeffs[ch][i] = ctx->transform_coeffs[CPL_CH][i] * ctx->cplco[ch][bnd] * 8.0f;
476                 }
477                 i++;
478             }
479         } while(ctx->cplbndstrc[subbnd]);
480     }
481 }
482
483 typedef struct { /* grouped mantissas for 3-level 5-leve and 11-level quantization */
484     float b1_mant[3];
485     float b2_mant[3];
486     float b4_mant[2];
487     int b1ptr;
488     int b2ptr;
489     int b4ptr;
490 } mant_groups;
491
492 /* Get the transform coefficients for particular channel */
493 static int get_transform_coeffs_ch(AC3DecodeContext *ctx, int ch_index, mant_groups *m)
494 {
495     GetBitContext *gb = &ctx->gb;
496     int i, gcode, tbap, start, end;
497     uint8_t *exps;
498     uint8_t *bap;
499     float *coeffs;
500
501     exps = ctx->dexps[ch_index];
502     bap = ctx->bap[ch_index];
503     coeffs = ctx->transform_coeffs[ch_index];
504     start = ctx->startmant[ch_index];
505     end = ctx->endmant[ch_index];
506
507
508     for (i = start; i < end; i++) {
509         tbap = bap[i];
510         switch (tbap) {
511             case 0:
512                 coeffs[i] = ((av_random(&ctx->dith_state) & 0xFFFF) * LEVEL_MINUS_3DB) / 32768.0f;
513                 break;
514
515             case 1:
516                 if(m->b1ptr > 2) {
517                     gcode = get_bits(gb, 5);
518                     m->b1_mant[0] = b1_mantissas[gcode][0];
519                     m->b1_mant[1] = b1_mantissas[gcode][1];
520                     m->b1_mant[2] = b1_mantissas[gcode][2];
521                     m->b1ptr = 0;
522                 }
523                 coeffs[i] = m->b1_mant[m->b1ptr++];
524                 break;
525
526             case 2:
527                 if(m->b2ptr > 2) {
528                     gcode = get_bits(gb, 7);
529                     m->b2_mant[0] = b2_mantissas[gcode][0];
530                     m->b2_mant[1] = b2_mantissas[gcode][1];
531                     m->b2_mant[2] = b2_mantissas[gcode][2];
532                     m->b2ptr = 0;
533                 }
534                 coeffs[i] = m->b2_mant[m->b2ptr++];
535                 break;
536
537             case 3:
538                 coeffs[i] = b3_mantissas[get_bits(gb, 3)];
539                 break;
540
541             case 4:
542                 if(m->b4ptr > 1) {
543                     gcode = get_bits(gb, 7);
544                     m->b4_mant[0] = b4_mantissas[gcode][0];
545                     m->b4_mant[1] = b4_mantissas[gcode][1];
546                     m->b4ptr = 0;
547                 }
548                 coeffs[i] = m->b4_mant[m->b4ptr++];
549                 break;
550
551             case 5:
552                 coeffs[i] = b5_mantissas[get_bits(gb, 4)];
553                 break;
554
555             default:
556                 coeffs[i] = get_sbits(gb, qntztab[tbap]) * scale_factors[qntztab[tbap]-1];
557                 break;
558         }
559         coeffs[i] *= scale_factors[exps[i]];
560     }
561
562     return 0;
563 }
564
565 /**
566  * Removes random dithering from coefficients with zero-bit mantissas
567  * reference: Section 7.3.4 Dither for Zero Bit Mantissas (bap=0)
568  */
569 static void remove_dithering(AC3DecodeContext *ctx) {
570     int ch, i;
571     int end=0;
572     float *coeffs;
573     uint8_t *bap;
574
575     for(ch=1; ch<=ctx->nfchans; ch++) {
576         if(!ctx->dithflag[ch]) {
577             coeffs = ctx->transform_coeffs[ch];
578             bap = ctx->bap[ch];
579             if(ctx->chincpl[ch])
580                 end = ctx->startmant[CPL_CH];
581             else
582                 end = ctx->endmant[ch];
583             for(i=0; i<end; i++) {
584                 if(bap[i] == 0)
585                     coeffs[i] = 0.0f;
586             }
587             if(ctx->chincpl[ch]) {
588                 bap = ctx->bap[CPL_CH];
589                 for(; i<ctx->endmant[CPL_CH]; i++) {
590                     if(bap[i] == 0)
591                         coeffs[i] = 0.0f;
592                 }
593             }
594         }
595     }
596 }
597
598 /* Get the transform coefficients.
599  * This function extracts the tranform coefficients form the ac3 bitstream.
600  * This function is called after bit allocation is performed.
601  */
602 static int get_transform_coeffs(AC3DecodeContext * ctx)
603 {
604     int ch, end;
605     int got_cplchan = 0;
606     mant_groups m;
607
608     m.b1ptr = m.b2ptr = m.b4ptr = 3;
609
610     for (ch = 1; ch <= ctx->nchans; ch++) {
611         /* transform coefficients for individual channel */
612         if (get_transform_coeffs_ch(ctx, ch, &m))
613             return -1;
614         /* tranform coefficients for coupling channels */
615         if (ctx->chincpl[ch])  {
616             if (!got_cplchan) {
617                 if (get_transform_coeffs_ch(ctx, CPL_CH, &m)) {
618                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "error in decoupling channels\n");
619                     return -1;
620                 }
621                 uncouple_channels(ctx);
622                 got_cplchan = 1;
623             }
624             end = ctx->endmant[CPL_CH];
625         } else {
626             end = ctx->endmant[ch];
627         }
628         do
629             ctx->transform_coeffs[ch][end] = 0;
630         while(++end < 256);
631     }
632
633     /* if any channel doesn't use dithering, zero appropriate coefficients */
634     if(!ctx->dither_all)
635         remove_dithering(ctx);
636
637     return 0;
638 }
639
640 /**
641  * Performs stereo rematrixing.
642  * reference: Section 7.5.4 Rematrixing : Decoding Technique
643  */
644 static void do_rematrixing(AC3DecodeContext *ctx)
645 {
646     int bnd, i;
647     int end, bndend;
648     float tmp0, tmp1;
649
650     end = FFMIN(ctx->endmant[1], ctx->endmant[2]);
651
652     for(bnd=0; bnd<ctx->nrematbnd; bnd++) {
653         if(ctx->rematflg[bnd]) {
654             bndend = FFMIN(end, rematrix_band_tbl[bnd+1]);
655             for(i=rematrix_band_tbl[bnd]; i<bndend; i++) {
656                 tmp0 = ctx->transform_coeffs[1][i];
657                 tmp1 = ctx->transform_coeffs[2][i];
658                 ctx->transform_coeffs[1][i] = tmp0 + tmp1;
659                 ctx->transform_coeffs[2][i] = tmp0 - tmp1;
660             }
661         }
662     }
663 }
664
665 /* This function performs the imdct on 256 sample transform
666  * coefficients.
667  */
668 static void do_imdct_256(AC3DecodeContext *ctx, int chindex)
669 {
670     int i, k;
671     DECLARE_ALIGNED_16(float, x[128]);
672     FFTComplex z[2][64];
673     float *o_ptr = ctx->tmp_output;
674
675     for(i=0; i<2; i++) {
676         /* de-interleave coefficients */
677         for(k=0; k<128; k++) {
678             x[k] = ctx->transform_coeffs[chindex][2*k+i];
679         }
680
681         /* run standard IMDCT */
682         ctx->imdct_256.fft.imdct_calc(&ctx->imdct_256, o_ptr, x, ctx->tmp_imdct);
683
684         /* reverse the post-rotation & reordering from standard IMDCT */
685         for(k=0; k<32; k++) {
686             z[i][32+k].re = -o_ptr[128+2*k];
687             z[i][32+k].im = -o_ptr[2*k];
688             z[i][31-k].re =  o_ptr[2*k+1];
689             z[i][31-k].im =  o_ptr[128+2*k+1];
690         }
691     }
692
693     /* apply AC-3 post-rotation & reordering */
694     for(k=0; k<64; k++) {
695         o_ptr[    2*k  ] = -z[0][   k].im;
696         o_ptr[    2*k+1] =  z[0][63-k].re;
697         o_ptr[128+2*k  ] = -z[0][   k].re;
698         o_ptr[128+2*k+1] =  z[0][63-k].im;
699         o_ptr[256+2*k  ] = -z[1][   k].re;
700         o_ptr[256+2*k+1] =  z[1][63-k].im;
701         o_ptr[384+2*k  ] =  z[1][   k].im;
702         o_ptr[384+2*k+1] = -z[1][63-k].re;
703     }
704 }
705
706 /* IMDCT Transform. */
707 static inline void do_imdct(AC3DecodeContext *ctx)
708 {
709     int ch;
710     int nchans;
711
712     nchans = ctx->nfchans;
713     if(ctx->output_mode & AC3_OUTPUT_LFEON)
714         nchans++;
715
716     for (ch=1; ch<=nchans; ch++) {
717         if (ctx->blksw[ch]) {
718             do_imdct_256(ctx, ch);
719         } else {
720             ctx->imdct_512.fft.imdct_calc(&ctx->imdct_512, ctx->tmp_output,
721                                           ctx->transform_coeffs[ch],
722                                           ctx->tmp_imdct);
723         }
724         ctx->dsp.vector_fmul_add_add(ctx->output[ch-1], ctx->tmp_output,
725                                      ctx->window, ctx->delay[ch-1], 0, 256, 1);
726         ctx->dsp.vector_fmul_reverse(ctx->delay[ch-1], ctx->tmp_output+256,
727                                      ctx->window, 256);
728     }
729 }
730
731 /**
732  * Downmixes the output to stereo.
733  */
734 static void ac3_downmix(float samples[AC3_MAX_CHANNELS][256], int nfchans,
735                         int output_mode, float coef[AC3_MAX_CHANNELS][2])
736 {
737     int i, j;
738     float v0, v1, s0, s1;
739
740     for(i=0; i<256; i++) {
741         v0 = v1 = s0 = s1 = 0.0f;
742         for(j=0; j<nfchans; j++) {
743             v0 += samples[j][i] * coef[j][0];
744             v1 += samples[j][i] * coef[j][1];
745             s0 += coef[j][0];
746             s1 += coef[j][1];
747         }
748         v0 /= s0;
749         v1 /= s1;
750         if(output_mode == AC3_ACMOD_MONO) {
751             samples[0][i] = (v0 + v1) * LEVEL_MINUS_3DB;
752         } else if(output_mode == AC3_ACMOD_STEREO) {
753             samples[0][i] = v0;
754             samples[1][i] = v1;
755         }
756     }
757 }
758
759 /* Parse the audio block from ac3 bitstream.
760  * This function extract the audio block from the ac3 bitstream
761  * and produces the output for the block. This function must
762  * be called for each of the six audio block in the ac3 bitstream.
763  */
764 static int ac3_parse_audio_block(AC3DecodeContext *ctx, int blk)
765 {
766     int nfchans = ctx->nfchans;
767     int acmod = ctx->acmod;
768     int i, bnd, seg, ch;
769     GetBitContext *gb = &ctx->gb;
770     uint8_t bit_alloc_stages[AC3_MAX_CHANNELS];
771
772     memset(bit_alloc_stages, 0, AC3_MAX_CHANNELS);
773
774     for (ch = 1; ch <= nfchans; ch++) /*block switch flag */
775         ctx->blksw[ch] = get_bits1(gb);
776
777     ctx->dither_all = 1;
778     for (ch = 1; ch <= nfchans; ch++) { /* dithering flag */
779         ctx->dithflag[ch] = get_bits1(gb);
780         if(!ctx->dithflag[ch])
781             ctx->dither_all = 0;
782     }
783
784     /* dynamic range */
785     i = !(ctx->acmod);
786     do {
787         if(get_bits1(gb)) {
788             ctx->dynrng[i] = dynrng_tbl[get_bits(gb, 8)];
789         } else if(blk == 0) {
790             ctx->dynrng[i] = 1.0f;
791         }
792     } while(i--);
793
794     if (get_bits1(gb)) { /* coupling strategy */
795         memset(bit_alloc_stages, 3, AC3_MAX_CHANNELS);
796         ctx->cplinu = get_bits1(gb);
797         if (ctx->cplinu) { /* coupling in use */
798             int cplbegf, cplendf;
799
800             for (ch = 1; ch <= nfchans; ch++)
801                 ctx->chincpl[ch] = get_bits1(gb);
802
803             if (acmod == AC3_ACMOD_STEREO)
804                 ctx->phsflginu = get_bits1(gb); //phase flag in use
805
806             cplbegf = get_bits(gb, 4);
807             cplendf = get_bits(gb, 4);
808
809             if (3 + cplendf - cplbegf < 0) {
810                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "cplendf = %d < cplbegf = %d\n", cplendf, cplbegf);
811                 return -1;
812             }
813
814             ctx->ncplbnd = ctx->ncplsubnd = 3 + cplendf - cplbegf;
815             ctx->startmant[CPL_CH] = cplbegf * 12 + 37;
816             ctx->endmant[CPL_CH] = cplendf * 12 + 73;
817             for (bnd = 0; bnd < ctx->ncplsubnd - 1; bnd++) { /* coupling band structure */
818                 if (get_bits1(gb)) {
819                     ctx->cplbndstrc[bnd] = 1;
820                     ctx->ncplbnd--;
821                 }
822             }
823         } else {
824             for (ch = 1; ch <= nfchans; ch++)
825                 ctx->chincpl[ch] = 0;
826         }
827     }
828
829     if (ctx->cplinu) {
830         int cplcoe = 0;
831
832         for (ch = 1; ch <= nfchans; ch++) {
833             if (ctx->chincpl[ch]) {
834                 if (get_bits1(gb)) { /* coupling co-ordinates */
835                     int mstrcplco, cplcoexp, cplcomant;
836                     cplcoe = 1;
837                     mstrcplco = 3 * get_bits(gb, 2);
838                     for (bnd = 0; bnd < ctx->ncplbnd; bnd++) {
839                         cplcoexp = get_bits(gb, 4);
840                         cplcomant = get_bits(gb, 4);
841                         if (cplcoexp == 15)
842                             ctx->cplco[ch][bnd] = cplcomant / 16.0f;
843                         else
844                             ctx->cplco[ch][bnd] = (cplcomant + 16.0f) / 32.0f;
845                         ctx->cplco[ch][bnd] *= scale_factors[cplcoexp + mstrcplco];
846                     }
847                 }
848             }
849         }
850
851         if (acmod == AC3_ACMOD_STEREO && ctx->phsflginu && cplcoe) {
852             for (bnd = 0; bnd < ctx->ncplbnd; bnd++) {
853                 if (get_bits1(gb))
854                     ctx->cplco[2][bnd] = -ctx->cplco[2][bnd];
855             }
856         }
857     }
858
859     if (acmod == AC3_ACMOD_STEREO) {/* rematrixing */
860         ctx->rematstr = get_bits1(gb);
861         if (ctx->rematstr) {
862             ctx->nrematbnd = 4;
863             if(ctx->cplinu && ctx->startmant[CPL_CH] <= 61)
864                 ctx->nrematbnd -= 1 + (ctx->startmant[CPL_CH] == 37);
865             for(bnd=0; bnd<ctx->nrematbnd; bnd++)
866                 ctx->rematflg[bnd] = get_bits1(gb);
867         }
868     }
869
870     ctx->expstr[CPL_CH] = EXP_REUSE;
871     ctx->expstr[ctx->lfe_ch] = EXP_REUSE;
872     for (ch = !ctx->cplinu; ch <= ctx->nchans; ch++) {
873         if(ch == ctx->lfe_ch)
874             ctx->expstr[ch] = get_bits(gb, 1);
875         else
876             ctx->expstr[ch] = get_bits(gb, 2);
877         if(ctx->expstr[ch] != EXP_REUSE)
878             bit_alloc_stages[ch] = 3;
879     }
880
881     for (ch = 1; ch <= nfchans; ch++) { /* channel bandwidth code */
882         ctx->startmant[ch] = 0;
883         if (ctx->expstr[ch] != EXP_REUSE) {
884             int prev = ctx->endmant[ch];
885             if (ctx->chincpl[ch])
886                 ctx->endmant[ch] = ctx->startmant[CPL_CH];
887             else {
888                 int chbwcod = get_bits(gb, 6);
889                 if (chbwcod > 60) {
890                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "chbwcod = %d > 60", chbwcod);
891                     return -1;
892                 }
893                 ctx->endmant[ch] = chbwcod * 3 + 73;
894             }
895             if(blk > 0 && ctx->endmant[ch] != prev)
896                 memset(bit_alloc_stages, 3, AC3_MAX_CHANNELS);
897         }
898     }
899     ctx->startmant[ctx->lfe_ch] = 0;
900     ctx->endmant[ctx->lfe_ch] = 7;
901
902     for (ch = !ctx->cplinu; ch <= ctx->nchans; ch++) {
903         if (ctx->expstr[ch] != EXP_REUSE) {
904             int grpsize, ngrps;
905             grpsize = 3 << (ctx->expstr[ch] - 1);
906             if(ch == CPL_CH)
907                 ngrps = (ctx->endmant[ch] - ctx->startmant[ch]) / grpsize;
908             else if(ch == ctx->lfe_ch)
909                 ngrps = 2;
910             else
911                 ngrps = (ctx->endmant[ch] + grpsize - 4) / grpsize;
912             ctx->dexps[ch][0] = get_bits(gb, 4) << !ch;
913             decode_exponents(gb, ctx->expstr[ch], ngrps, ctx->dexps[ch][0],
914                              &ctx->dexps[ch][ctx->startmant[ch]+!!ch]);
915             if(ch != CPL_CH && ch != ctx->lfe_ch)
916                 skip_bits(gb, 2); /* skip gainrng */
917         }
918     }
919
920     if (get_bits1(gb)) { /* bit allocation information */
921         ctx->bit_alloc_params.sdecay = ff_sdecaytab[get_bits(gb, 2)];
922         ctx->bit_alloc_params.fdecay = ff_fdecaytab[get_bits(gb, 2)];
923         ctx->bit_alloc_params.sgain  = ff_sgaintab[get_bits(gb, 2)];
924         ctx->bit_alloc_params.dbknee = ff_dbkneetab[get_bits(gb, 2)];
925         ctx->bit_alloc_params.floor  = ff_floortab[get_bits(gb, 3)];
926         for(ch=!ctx->cplinu; ch<=ctx->nchans; ch++) {
927             bit_alloc_stages[ch] = FFMAX(bit_alloc_stages[ch], 2);
928         }
929     }
930
931     if (get_bits1(gb)) { /* snroffset */
932         int csnr;
933         csnr = (get_bits(gb, 6) - 15) << 4;
934         for (ch = !ctx->cplinu; ch <= ctx->nchans; ch++) { /* snr offset and fast gain */
935             ctx->snroffst[ch] = (csnr + get_bits(gb, 4)) << 2;
936             ctx->fgain[ch] = ff_fgaintab[get_bits(gb, 3)];
937         }
938         memset(bit_alloc_stages, 3, AC3_MAX_CHANNELS);
939     }
940
941     if (ctx->cplinu && get_bits1(gb)) { /* coupling leak information */
942         ctx->bit_alloc_params.cplfleak = get_bits(gb, 3);
943         ctx->bit_alloc_params.cplsleak = get_bits(gb, 3);
944         bit_alloc_stages[CPL_CH] = FFMAX(bit_alloc_stages[CPL_CH], 2);
945     }
946
947     if (get_bits1(gb)) { /* delta bit allocation information */
948         for (ch = !ctx->cplinu; ch <= nfchans; ch++) {
949             ctx->deltbae[ch] = get_bits(gb, 2);
950             if (ctx->deltbae[ch] == DBA_RESERVED) {
951                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "delta bit allocation strategy reserved\n");
952                 return -1;
953             }
954             bit_alloc_stages[ch] = FFMAX(bit_alloc_stages[ch], 2);
955         }
956
957         for (ch = !ctx->cplinu; ch <= nfchans; ch++) {
958             if (ctx->deltbae[ch] == DBA_NEW) {/*channel delta offset, len and bit allocation */
959                 ctx->deltnseg[ch] = get_bits(gb, 3);
960                 for (seg = 0; seg <= ctx->deltnseg[ch]; seg++) {
961                     ctx->deltoffst[ch][seg] = get_bits(gb, 5);
962                     ctx->deltlen[ch][seg] = get_bits(gb, 4);
963                     ctx->deltba[ch][seg] = get_bits(gb, 3);
964                 }
965             }
966         }
967     } else if(blk == 0) {
968         for(ch=0; ch<=ctx->nchans; ch++) {
969             ctx->deltbae[ch] = DBA_NONE;
970         }
971     }
972
973     for(ch=!ctx->cplinu; ch<=ctx->nchans; ch++) {
974         if(bit_alloc_stages[ch] > 2) {
975             /* Exponent mapping into PSD and PSD integration */
976             ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(ctx->dexps[ch],
977                                       ctx->startmant[ch], ctx->endmant[ch],
978                                       ctx->psd[ch], ctx->bndpsd[ch]);
979         }
980         if(bit_alloc_stages[ch] > 1) {
981             /* Compute excitation function, Compute masking curve, and
982                Apply delta bit allocation */
983             ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(&ctx->bit_alloc_params, ctx->bndpsd[ch],
984                                        ctx->startmant[ch], ctx->endmant[ch],
985                                        ctx->fgain[ch], (ch == ctx->lfe_ch),
986                                        ctx->deltbae[ch], ctx->deltnseg[ch],
987                                        ctx->deltoffst[ch], ctx->deltlen[ch],
988                                        ctx->deltba[ch], ctx->mask[ch]);
989         }
990         if(bit_alloc_stages[ch] > 0) {
991             /* Compute bit allocation */
992             ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(ctx->mask[ch], ctx->psd[ch],
993                                       ctx->startmant[ch], ctx->endmant[ch],
994                                       ctx->snroffst[ch],
995                                       ctx->bit_alloc_params.floor,
996                                       ctx->bap[ch]);
997         }
998     }
999
1000     if (get_bits1(gb)) { /* unused dummy data */
1001         int skipl = get_bits(gb, 9);
1002         while(skipl--)
1003             skip_bits(gb, 8);
1004     }
1005     /* unpack the transform coefficients
1006      * * this also uncouples channels if coupling is in use.
1007      */
1008     if (get_transform_coeffs(ctx)) {
1009         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Error in routine get_transform_coeffs\n");
1010         return -1;
1011     }
1012
1013     /* recover coefficients if rematrixing is in use */
1014     if(ctx->acmod == AC3_ACMOD_STEREO)
1015         do_rematrixing(ctx);
1016
1017     /* apply scaling to coefficients (headroom, dialnorm, dynrng) */
1018     for(ch=1; ch<=ctx->nchans; ch++) {
1019         float gain = 2.0f * ctx->mul_bias;
1020         if(ctx->acmod == AC3_ACMOD_DUALMONO) {
1021             gain *= ctx->dialnorm[ch-1] * ctx->dynrng[ch-1];
1022         } else {
1023             gain *= ctx->dialnorm[0] * ctx->dynrng[0];
1024         }
1025         for(i=0; i<ctx->endmant[ch]; i++) {
1026             ctx->transform_coeffs[ch][i] *= gain;
1027         }
1028     }
1029
1030     do_imdct(ctx);
1031
1032     /* downmix output if needed */
1033     if(ctx->nchans != ctx->out_channels && !((ctx->output_mode & AC3_OUTPUT_LFEON) &&
1034             ctx->nfchans == ctx->out_channels)) {
1035         ac3_downmix(ctx->output, ctx->nfchans, ctx->output_mode,
1036                     ctx->downmix_coeffs);
1037     }
1038
1039     /* convert float to 16-bit integer */
1040     for(ch=0; ch<ctx->out_channels; ch++) {
1041         for(i=0; i<256; i++) {
1042             ctx->output[ch][i] += ctx->add_bias;
1043         }
1044         ctx->dsp.float_to_int16(ctx->int_output[ch], ctx->output[ch], 256);
1045     }
1046
1047     return 0;
1048 }
1049
1050 /* Decode ac3 frame.
1051  *
1052  * @param avctx Pointer to AVCodecContext
1053  * @param data Pointer to pcm smaples
1054  * @param data_size Set to number of pcm samples produced by decoding
1055  * @param buf Data to be decoded
1056  * @param buf_size Size of the buffer
1057  */
1058 static int ac3_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data, int *data_size, uint8_t *buf, int buf_size)
1059 {
1060     AC3DecodeContext *ctx = (AC3DecodeContext *)avctx->priv_data;
1061     int16_t *out_samples = (int16_t *)data;
1062     int i, blk, ch;
1063
1064     //Initialize the GetBitContext with the start of valid AC3 Frame.
1065     init_get_bits(&ctx->gb, buf, buf_size * 8);
1066
1067     //Parse the syncinfo.
1068     if (ac3_parse_header(ctx)) {
1069         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "\n");
1070         *data_size = 0;
1071         return buf_size;
1072     }
1073
1074     avctx->sample_rate = ctx->sampling_rate;
1075     avctx->bit_rate = ctx->bit_rate;
1076
1077     /* channel config */
1078     ctx->out_channels = ctx->nchans;
1079     if (avctx->channels == 0) {
1080         avctx->channels = ctx->out_channels;
1081     } else if(ctx->out_channels < avctx->channels) {
1082         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot upmix AC3 from %d to %d channels.\n",
1083                ctx->out_channels, avctx->channels);
1084         return -1;
1085     }
1086     if(avctx->channels == 2) {
1087         ctx->output_mode = AC3_ACMOD_STEREO;
1088     } else if(avctx->channels == 1) {
1089         ctx->output_mode = AC3_ACMOD_MONO;
1090     } else if(avctx->channels != ctx->out_channels) {
1091         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot downmix AC3 from %d to %d channels.\n",
1092                ctx->out_channels, avctx->channels);
1093         return -1;
1094     }
1095     ctx->out_channels = avctx->channels;
1096
1097     //av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "channels = %d \t bit rate = %d \t sampling rate = %d \n", avctx->channels, avctx->bit_rate * 1000, avctx->sample_rate);
1098
1099     //Parse the Audio Blocks.
1100     for (blk = 0; blk < NB_BLOCKS; blk++) {
1101         if (ac3_parse_audio_block(ctx, blk)) {
1102             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "error parsing the audio block\n");
1103             *data_size = 0;
1104             return ctx->frame_size;
1105         }
1106         for (i = 0; i < 256; i++)
1107             for (ch = 0; ch < ctx->out_channels; ch++)
1108                 *(out_samples++) = ctx->int_output[ch][i];
1109     }
1110     *data_size = NB_BLOCKS * 256 * avctx->channels * sizeof (int16_t);
1111     return ctx->frame_size;
1112 }
1113
1114 /* Uninitialize ac3 decoder.
1115  */
1116 static int ac3_decode_end(AVCodecContext *avctx)
1117 {
1118     AC3DecodeContext *ctx = (AC3DecodeContext *)avctx->priv_data;
1119     ff_mdct_end(&ctx->imdct_512);
1120     ff_mdct_end(&ctx->imdct_256);
1121
1122     return 0;
1123 }
1124
1125 AVCodec ac3_decoder = {
1126     .name = "ac3",
1127     .type = CODEC_TYPE_AUDIO,
1128     .id = CODEC_ID_AC3,
1129     .priv_data_size = sizeof (AC3DecodeContext),
1130     .init = ac3_decode_init,
1131     .close = ac3_decode_end,
1132     .decode = ac3_decode_frame,
1133 };
1134