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